变频器基础知识应用.docx

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变频器基础知识应用

1、电阻率---又叫电阻系数或叫比电阻。

是衡量物质导电性能好坏的一个物理量，以字母ρ表示，单位为欧姆*毫米平方/米。

在数值 上等于用那种物质做的长1米截面积为1平方毫米的导线，在温度20C时的电阻值，电阻率越大，导电性能越低。

则物质的电阻率随温度而变化的物理量，其数值等于温度每升高1C时，电阻率的增加与原来的电阻电阻率的比值，通常以字母α表示，单位为1/C。

2、电阻的温度系数----表示物质的电阻率随温度而变化的物理量，其数值等于温度每升高1C时，电阻率的增加量与原来的电阻率的比值，通常以字母α表示，单位为1/C。

3、电导----物体传导电流的本领叫做电导。

在直流电路里，电导的数值就是电阻值的倒数，以字母ɡ表示，单位为欧姆。

4、电导率----又叫电导系数，也是衡量物质导电性能好坏的一个物理量。

大小在数值上是电阻率的倒数，以字母γ表示，单位为米/欧姆*毫米平方。

5、电动势----电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差，叫做电动势或者简称电势。

用字母E表示，单位为伏特。

6、自感----当闭合回路中的电流发生变化时，则由这电流所产生的穿过回路本身磁通也发生变化，因此在回路中也将感应电动势，这现象称为自感现象，这种感应电动势叫自感电动势。

7、互感----如果有两只线圈互相靠近，则其中第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈相环链。

当第一线圈中电流发生变化时，则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化，在第二只线圈中产生感应电动势。

这种现象叫做互感现象。

8、电感----自感与互感的统称。

9、感抗----交流电流过具有电感的电路时，电感有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做感抗，以Lx表示，Lx=2πfL. 

10、容抗----交流电流过具有电容的电路时，电容有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做容抗，以Cx表示，Cx=1/12πfc。

11、脉动电流----大小随时间变化而方向不变的电流，叫做脉动电流。

12、振幅----交变电流在一个周期内出现的最大值叫振幅。

13、平均值----交变电流的平均值是指在某段时间内流过电路的总电荷与该段时间的比值。

正弦量的平均值通常指正半周内的平均值，它与振幅值的关系：

平均值=0.637*振幅值。

14、有效值----在两个相同的电阻器件中，分别通过直流电和交流电，如果经过同一时间，它们发出的热量相等，那么就把此直流电的大小作为此交流电的有效值。

正弦电流的有效值等于其最大值的0.707倍。

15、有功功率----又叫平均功率。

交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特。

16、视在功率----在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫做视在功率，用字母Ps来表示，单位为瓦特。

17、无功功率----在具有电感和电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。

它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。

我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。

用字母Q表示，单位为芝。

18、功率因数----在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。

但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。

有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSφ表示。

19、相电压----三相输电线（火线）与中性线间的电压叫相电压。

20、线电压----三相输电线各线（火线）间的电压叫线电压，线电压的大小为相电压的1.73倍。

21、相量----在电工学中，用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。

22、磁通----磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积叫做磁通，以字母φ表示，单位为麦克斯韦。

23、磁通密度----单位面积上所通过的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁场感应强度在数值上是相等的。

24、磁阻----与电阻的含义相仿，磁阻是表示磁路对磁通所起的阻碍作用，以符号Rm表示，单位为1/亨。

25、导磁率----又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的一个系数，以字母μ表示，单位是亨/米。

26、磁滞----铁磁体在反复磁化的过程中，它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度，这种现象叫磁滞。

27、磁滞回线----在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条

闭合线叫做磁滞回线如图1。

28、基本磁化曲线----铁磁体的磁滞回线的形状是与磁感应强度（或磁场强度）的最大值有关，在画磁滞回线时，如果对磁感应强度（或磁场强度）最大值取不同的数值，就得到一系列的磁滞回线，连接这些回线顶点的曲线叫基本磁化曲线。

29、磁滞损耗----放在交变磁场中的铁磁体，因磁滞现象而产生一些功率损耗，从而使铁磁体发热，这种损耗叫磁滞损耗。

30、击穿---绝缘物质在电场的作用下发生剧烈放电或导电的现象叫击穿。

31、介电常数---又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米。

32、电磁感应---当环链着某一导体的磁通发生变化时，导体内就出现电动势，这种现象叫电磁感应。

33、趋肤效应---又叫集肤效应，当高频电流通过导体时，电流将集中在导体表面流通，这种现象叫趋肤效应。

1、什么是变频器？

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

2、PWM和PAM的不同点是什么？

PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。

PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。

3、电压型与电流型有什么不同？

变频器的主电路大体上可分为两类：

电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。

4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变？

异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。

因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。

这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。

5、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？

频率下降（低速）时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。

6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？

采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%~200%）。

用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。

采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。

起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。

7、V/f模式是什么意思？

频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。

V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择

8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？

频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。

因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。

可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择9、在说明书上写着变速范围60~6Hz，即10：

1，那么在6Hz以下就没有输出功率吗？

在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。

变频器实际输出频率（起动频率）根据机种为0.5~3Hz.

10、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是否可以？

通常情况下时不可以的。

在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。

11、所谓开环是什么意思？

给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。

通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈.

12、实际转速对于给定速度有偏差时如何办？

开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内（1%~5%）变动。

对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在近于给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器（选用件）。

13、如果用带有PG的电机，进行反馈后速度精度能提高吗？

具有ＰＧ反馈功能的变频器，精度有提高。

但速度精度的植取决于ＰＧ本身的精度和变频器输出频率的分辨率。

14、失速防止功能是什么意思？

如果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速（电角频率）的变化，变频器将因流过过电流而跳闸，运转停止，这就叫作失速。

为了防止失速使电机继续运转，就要检出电流的大小进行频率控制。

当加速电流过大时适当放慢加速速率。

减速时也是如此。

两者结合起来就是失速功能。

15、有加速时间与减速时间可以分别给定的机种，和加减速时间共同给定的机种，这有什么意义？

加减速可以分别给定的机种，对于短时间加速、缓慢减速场合，或者对于小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的，但对于风机传动等场合，加减速时间都较长，加速时间和减速时间可以共同给定。

16、什么是再生制动？

电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为异步发电机状态运行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。

17、是否能得到更大的制动力？

从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中，由于电容器的容量和耐压的关系，通用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%~20%。

如采用选用件制动单元，可以达到50%~100%。

18、请说明变频器的保护功能?

保护功能可分为以下两类：

（1）检知异常状态后自动地进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。

（2）检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车。

如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。

19、为什么用离合器连续负载时，变频器的保护功能就动作？

用离合器连接负载时，在连接的瞬间，电机从空载状态向转差率大的区域急剧变化，流过的大电流导致变频器过电流跳闸，不能运转。

20、在同一工厂内大型电机一起动，运转中变频器就停止，这是为什么？

电机起动时将流过和容量相对应的起动电流，电机定子侧的变压器产生电压降，电机容量大时此压降影响也大，连接在同一变压器上的变频器将做出欠压或瞬停的判断，因而有时保护功能（IPE）动作，造成停止运转。

21、什么是变频分辨率？

有什么意义？

对于数字控制的变频器，即使频率指令为模拟信号，输出频率也是有级给定。

这个级差的最小单位就称为变频分辨率。

变频分辨率通常取值为0.015~0.5Hz.例如，分辨率为0.5Hz，那么23Hz的上面可变为23.5、24.0Hz，因此电机的动作也是有级的跟随。

这样对于像连续卷取控制的用途就造成问题。

在这种情况下，如果分辨率为0.015Hz左右，对于4级电机1个级差为1r/min以下，也可充分适应。

另外，有的机种给定分辨率与输出分辨率不相同。

22、装设变频器时安装方向是否有限制。

变频器内部和背面的结构考虑了冷却效果的，上下的关系对通风也是重要的，因此，对于单元型在盘内、挂在墙上的都取纵向位，尽可能垂直安装。

23、不采用软起动，将电机直接投入到某固定频率的变频器时是否可以？

在很低的频率下是可以的，但如果给定频率高则同工频电源直接起动的条件相近。

将流过大的起动电流（6~7倍额定电流），由于变频器切断过电流，电机不能起动。

24、电机超过60Hz运转时应注意什么问题？

超过60Hz运转时应注意以下事项

（1）机械和装置在该速下运转要充分可能（机械强度、噪声、振动等）。

（2）电机进入恒功率输出范围，其输出转矩要能够维持工作（风机、泵等轴输出功率于速度的立方成比例增加，所以转速少许升高时也要注意）。

（3）产生轴承的寿命问题，要充分加以考虑。

（4）对于中容量以上的电机特别是2极电机，在60Hz以上运转时要与厂家仔细商讨。

25、变频器可以传动齿轮电机吗？

根据减速机的结构和润滑方式不同，需要注意若干问题。

在齿轮的结构上通常可考虑70~80Hz为最大极限，采用油润滑时，在低速下连续运转关系到齿轮的损坏等。

26、变频器能用来驱动单相电机吗？

可以使用单相电源吗？

机基本上不能用。

对于调速器开关起动式的单相电机，在工作点以下的调速范围时将烧毁辅助绕组；对于电容起动或电容运转方式的，将诱发电容器爆炸。

变频器的电源通常为3相，但对于小容量的，也有用单相电源运转的机种。

27、变频器本身消耗的功率有多少？

它与变频器的机种、运行状态、使用频率等有关，但要回答很困难。

不过在60Hz以下的变频器效率大约为94%~96%，据此可推算损耗，但内藏再生制动式（FR-K）变频器，如果把制动时的损耗也考虑进去，功率消耗将变大，对于操作盘设计等必须注意。

28、为什么不能在6~60Hz全区域连续运转使用？

一般电机利用装在轴上的外扇或转子端环上的叶片进行冷却，若速度降低则冷却效果下降，因而不能承受与高速运转相同的发热，必须降低在低速下的负载转矩，或采用容量大的变频器与电机组合，或采用专用电机。

29、使用带制动器的电机时应注意什么？

制动器励磁回路电源应取自变频器的输入侧。

如果变频器正在输出功率时制动器动作，将造成过电流切断。

所以要在变频器停止输出后再使制动器动作。

30、想用变频器传动带有改善功率因数用电容器的电机，电机却不动，清说明原因

变频器的电流流入改善功率因数用的电容器，由于其充电电流造成变频器过电流（OCT）,所以不能起动，作为对策，请将电容器拆除后运转，甚至改善功率因数，在变频器的输入侧接入AC电抗器是有效的。

31、变频器的寿命有多久？

变频器虽为静止装置，但也有像滤波电容器、冷却风扇那样的消耗器件，如果对它们进行定期的维护，可望有10年以上的寿命。

32、变频器内藏有冷却风扇，风的方向如何？

风扇若是坏了会怎样？

对于小容量也有无冷却风扇的机种。

有风扇的机种，风的方向是从下向上，所以装设变频器的地方，上、下部不要放置妨碍吸、排气的机械器材。

还有，变频器上方不要放置怕热的零件等。

风扇发生故障时，由电扇停止检测或冷却风扇上的过热检测进行保护

33、滤波电容器为消耗品，那么怎样判断它的寿命？

作为滤波电容器使用的电容器，其静电容量随着时间的推移而缓缓减少，定期地测量静电容量，以达到产品额定容量的85%时为基准来判断寿命。

34、装设变频器时安装方向是否有限制。

应基本收藏在盘内，问题是采用全封闭结构的盘外形尺寸大，占用空间大，成本比较高。

其措施有：

（1）盘的设计要针对实际装置所需要的散热；

（2）利用铝散热片、翼片冷却剂等增加冷却面积；

（3）采用热导管。

此外，已开发出变频器背面可以外露的型式。

35、想提高原有输送带的速度，以80Hz运转，变频器的容量该怎样选择？

设基准速度为50Hz,50Hz以上为恒功率输出特性。

像输送带这样的恒转矩特性负载增速时，容量需要增大为80/50≈1.6倍。

电机容量也像变频器一样增大

计算机与PLC集成控制系统在石化行业的应用（转载）

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专业学习

 近年来，国际市场上石化产品的竞争日趋激烈。

与国外同类产品相比，我国的石化产品无论在生产工艺上，还是产品质量上，都存在着相当大的差距。

为改变我国石化产品发展严重滞后的局面，国内石化行业的许多厂家已开始向产品的多样化、添加剂材料和配方的高科技化迈进。

我们应有关厂家提出的技术要求，针对石化产品生产工艺复杂、添加剂配比要求严格、品种多样、互换性差的特点，开发研制了计算机与PLC集成控制系统。

该系统控制可靠、操作简便、开放性强、性能价格比高，在国内石化系统的数家企业推广应用后，受到好评。

1、系统组成计算机与PLC集成控制系统由生产系统和非生产系统二部分组成（如图1）。

生产系统主要由微型机、适配器、PLC、执行机构及现场仪表等部分组成。

非生产系统主要由工艺流程模拟显示屏、电视监视设备、现场通话设备、质量检查系统、管理信息系统等部分组成。

中央控制室负责处理来自生产系统和非生产系统的大量信息。

通过计算机与PLC集成控制系统，将润滑油厂的各生产车间、附属部门以及总厂厂部联成了密不可分的整体，从而最大限度地利用了信息资源。

 图1计算机集成控制系统的组成

2、　系统功能　　为满足用户提出的技术要求和现场的工况，此控制系统的设计具有以下功能：

　　1.根据用户提出的技术要求，按照添加剂配方的比例精确地配制生产各种型号的石化产品，并且通过微型机和现场PLC控制系统实现整个生产过程的自动化。

2.通过自行开发的计算机软件，实现生产现场的动态监控。

良好的人机界面、清晰的组态图形，使得操作人员通过计算机屏幕，对于现场的各种工况变化一目了然。

3.在现场生产中，为提高整个控制系统的精确性，在搅拌器、电动机、电动阀、电磁阀等设备上均设计了局部反馈功能，这些相互独立系统的局部反馈功能构成了对总系统反馈控制的有力支持。

4.当系统出现压力报警或油面报警时，一方面通过PLC程序实现自动停车，另一方面借助于语音卡，在控制间的操作人员可以立即听到报警信号，及时采取相应措施。

5.考虑到生产现场某些部位属于高温、有害气体残留处，技术人员不宜靠近，在现场设置了电视监视设备，让技术人员实现远程监控。

为便于管理，还安装了现场通话设备。

6.在中央控制室设置了1个大屏幕模拟显示屏，在屏幕上不仅可以显示总厂所有管道线路，而且能够动态显示油的液位、流向，让高层管理人员从宏观上掌握全厂的生产状况。

7.通过微机联网，质量检查部门可以直接得到工业现场的信息，各管理部门之间也可以实现数据通信与数据共享。

3、　硬件与软件设计3、1　硬件设计在本系统中，工业现场控制是核心，而工业现场控制主要由PLC系统完成，所以如何合理有效地使用PLC技术就成了设计的关键。

PLC的特点是控制可靠，编程简单，但程序内存不大，不能进行复杂的编程；而石化产品的特点是生产工艺复杂，产品型号繁多，往往1条生产线就能够生产几十种型号的产品。

这就形成了一对矛盾。

如果设计时采用常规的PLC控制系统，那么1条生产线就需要20几台PLC基本模块和A/D转换模块。

投资巨大，而且按照现代控制理论，在1个控制系统中配置的控制模块越多，控制越不可靠。

为了减少投资和增强控制的可靠性，在PLC控制系统的硬件配置上进行了多项创新。

　　以润滑油生产线为例，在润滑油生产车间，有搅拌温度、添加剂温度、输油泵压力、油罐的液面等共计32路模拟信号需要检测。

如果按常规设计，需要8块FX-4AD模块。

为减少投资，设计了多路开关切换电路，只用2块FX-4AD模块就完成了全部功能。

图2为FX-4AD模块的多路开关切换示意图。

图2　FX-4AD模块的多路开关切换示意图

图2中，FX-4AD模块为12位4通道模拟量输入模块，Y0、Y1、Y2、Y3为PLC的任意输出触点。

FX-4AD模块的多路开关切换电路的设计实质上是通过1个多路开关控制FX-4AD模块分别去完成搅拌温度检测、添加剂温度检测、输油泵压力检测及油罐液面检测4项功能，其中多路开关的4个转换触点接PLC的输出触点，由PLC编程控制。

这个多路开关切换电路简单实用，而且节省了大量投资，实践证明，该电路在控制精度上完全满足用户的需要。

3、2　软件设计在计算机与PLC集成控制系统的软件设计中，也采用了许多新的设计思想。

　　仍以润滑油生产车间为例，按照用户提出的72种润滑油的生产工艺和技术要求，如果用常规方法编程，需要12台PLC基本模块。

为节约投资，我们充分利用PLC的文件寄存器（2000点），用逐项查表的方法编写了1个72种润滑油的通用程序，用1台PLC基本模块带2台PLC扩展模块的方式完成了过去需要12台PLC才能实现的功能。

　　我们选用了三菱公司生产的FX系列的可编程序控制器，文件寄存器共计2000点（D1000～D2999）。

为节约程序内存，充分利用PLC本身提供的指令资源，我们选用了字传送方式，用1个16bit的字来控制PLC触点的16个输出触点，而不必像过去那样，1条指令只能控制1个输出触点。

例如在图3中，首先X0导通，十进制数K6送入数据寄存器D0，接着X1导通，数据寄存器D0的数值K6转化为二进制数“0000　0000　0000　0110”送入K4Y0，控制输出Y0～Y17共计16个触点的动作，其开关动作和数据寄存器D0的数值K6一一对应。

如图4所示，“1”控制输出触点导通，“0”控制输出触点关断。

在此例中，Y1、Y2触点导通，其余输出触点关断。

图3字传送方式控制输出触点示意图

图4数据寄存器DO的值与16个触点的对应关系

通过字传送方式，我们用1条指令就可控制16个电动阀及输油泵的动作，大大节省了程序空间。

在这种设计思想下，我们把72种润滑油的工艺流程全部用字方式编写，然后输入文件寄存器，并在此基础上，编制了72种润滑油的通用程序。

在通用程序运行时，根据某一润滑油的型号，通过查表的方式，在文件寄存器中调出对应的数据段（这些数据段也就是该种润滑油的工艺流程），然后该数据自动输入PLC的控制程序，使得PLC按照规定的工艺流程控制整个执行机构工作。

如图5所示之例，润滑油品种LSO-1的工艺状态字存于文件寄存器D1050～D106010个字节中。

程序运行时，首先根据润滑油型号在文件寄存器中寻址，查到正确的地址后，调出D1050～D106010个字节的数据，然后输入到通用程序的相应寄存器，参与工业控制。

图5文件寄存器示意图

4、　计算机与PLC的通信技术　　在计算机与PLC集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与PLC的通信。

若在整个系统设计中全部采用进口器件，软件也选用相应的进口产品，那么，整个工程造价惊人。

针对这种情况，我们自行开发了计算机与PLC的串行通信技术。

该技术设计思想先进，软硬件简单实用，可靠性高，性能价格比好，兼容性强，可适用于市场上多种型号的计算机与PLC。

　　从硬件上讲，现在中国市场上使用的PLC，在通信接口上多采用RS422接口或RS485接口；而微型机多采用RS232接口。

这样在计算机与PLC通信时就不可避免地要选用RS422-RS232转换模块，同时考虑到恶劣工况下的抗干扰要求，这个转换模块必须具有良好的隔离功能和放大功能，而选用高性能进口模块，必定提高工程造价。

　　针对这种情况，为降低工程造价，我们在硬件上用1根普通的通信电缆代替进口的通信模块，在电缆的接口处采用先进的电路设计技术和单片机技术，以完成信号的隔离和放大功能。

实践证明，通信的可靠性完全可以和国外的进口模块媲美，而且造价极低。

　　从软件上讲，计算机和P