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1. 引言
隨著電力行業的技術進步，化工行業自動化水平日益提高，國內各大化工廠紛紛將配電自動化係統納入DCS（集散控製係統）中，實現監控一體化管理。由於DCS主要是以實現化工生產過程自動化為目的，而對電氣係統自動化考慮較少。而僅僅將電氣係統的部分信息如電機電流及運行信號等以“硬接線”的形式送入DCS中而實現簡單的監測和啟、停控製的方案，是一種低層次的融合，將造成投資增加、電(dian)氣(qi)係(xi)統(tong)大(da)量(liang)原(yuan)始(shi)信(xin)息(xi)丟(diu)失(shi)，而(er)電(dian)氣(qi)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)水(shui)平(ping)未(wei)必(bi)得(de)到(dao)較(jiao)大(da)的(de)提(ti)高(gao)。而(er)隨(sui)著(zhe)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)的(de)日(ri)益(yi)發(fa)展(zhan)，上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)得(de)到(dao)了(le)很(hen)好(hao)地(di)解(jie)決(jue)。本(ben)文(wen)以(yi)上(shang)海(hai)安(an)科(ke)瑞(rui)電(dian)氣(qi)股(gu)份(fen)有(you)限(xian)公(gong)司(si)在(zai)某(mou)化(hua)工(gong)廠(chang)中(zhong)的(de)工(gong)程(cheng)實(shi)例(li)簡(jian)單(dan)介(jie)紹(shao)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)在(zai)化(hua)工(gong)行(xing)業(ye)的(de)低(di)壓(ya)配(pei)電(dian)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)。
2. 現場總線技術的定義、結構及特點
2.1 現場總線技術概念
現場總線技術概念：現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控製室內的自動控製裝置/係統之間的一種串行、數字式、多點通信的數據總線。即現場總線是以單個分散的、數字化、智能化的測量和控製設備作為網絡節點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控製功能的網絡係統和控製係統。
2.2 化工行業現場總線係統的結構
在一個現代化化工廠大規模的工業生產過程控製中，工業數據結構大體分為工廠級、車間級和現場級這3個層次，這其中，現場級與車間級自動化監控及信息集成是工廠自動化的重要部分。
現場級與車間級自動化監控及信息集成係統主要完成底層設備單機控製、連機控製、通信連網、在線設備狀態監測及現場設備運行、生產數據的采集、存儲、統(tong)計(ji)等(deng)功(gong)能(neng)，保(bao)證(zheng)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)高(gao)質(zhi)量(liang)完(wan)成(cheng)生(sheng)產(chan)任(ren)務(wu)，並(bing)將(jiang)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)生(sheng)產(chan)及(ji)運(yun)行(xing)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)傳(chuan)送(song)到(dao)工(gong)廠(chang)管(guan)理(li)層(ceng)，同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)接(jie)受(shou)工(gong)廠(chang)管(guan)理(li)層(ceng)下(xia)達(da)的(de)生(sheng)產(chan)管(guan)理(li)及(ji)調(tiao)度(du)命(ming)令(ling)並(bing)執(zhi)行(xing)之(zhi)。因(yin)此(ci)，現(xian)場(chang)級(ji)與(yu)車(che)間(jian)級(ji)監(jian)控(kong)及(ji)信(xin)息(xi)集(ji)成(cheng)係(xi)統(tong)是(shi)實(shi)現(xian)工(gong)廠(chang)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)基(ji)礎(chu)。
下圖為安科瑞電氣為某化工廠設計的自動化監控及信息集成係統圖。
2.3 現場總線係統的特點及優勢
現場總線係統是一個全數字化、全分散式、可互操作、開放式互連網絡的控製係統，現場總線係統與傳統的DCS相比，具有以下技術特點和優勢。
2.3.1 全數字通信
傳統控製係統DCS采用4~20mA的de模mo擬ni信xin號hao傳chuan輸shu方fang式shi。這zhe種zhong傳chuan輸shu方fang式shi一yi對dui傳chuan輸shu電dian纜lan隻zhi能neng傳chuan送song一yi路lu信xin號hao。而er且qie，模mo擬ni信xin號hao在zai傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong易yi被bei其qi他ta信xin號hao或huo環huan境jing噪zao聲sheng所suo幹gan擾rao，傳chuan輸shu精jing度du不bu高gao，控kong製zhi效xiao果guo不bu理li想xiang。而er現xian場chang總zong線xian係xi統tong采cai用yong全quan數shu字zi信xin號hao傳chuan輸shu。傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong采cai用yong數shu字zi信xin號hao的de檢jian錯cuo、糾錯機製，使其具有較高的抗幹擾能力，傳輸精度也得到顯著提高。全數字通信使得多參數傳輸得以實現。現場設備的測量、控製信息以及其他非控製信息如設備類型和參數、整定值、設備運行狀態等都可以通過一對傳輸線送到現場總線網絡上的任何智能設備，從而消除了模擬信號傳輸的瓶頸。
2.3.2 控製分散
現場總線係統采用全分散式控製。現場智能終端設備，既有測量、采集、保護、變換、信xin號hao處chu理li等deng功gong能neng，也ye有you邏luo輯ji運yun算suan和he控kong製zhi功gong能neng。通tong過guo現xian場chang總zong線xian，將jiang複fu雜za的de控kong製zhi任ren務wu進jin行xing分fen解jie，分fen散san下xia放fang於yu現xian場chang設she備bei中zhong，由you現xian場chang智zhi能neng終zhong端duan設she備bei構gou成cheng控kong製zhi回hui路lu，實shi現xian對dui各ge對dui象xiang的de控kong製zhi。和he傳chuan統tong的deDCS控製係統相比，現場總線係統簡化了係統結構，提高了係統的可靠性、自治性和靈活性。
2.3.3 開放性、互操作性
現場總線采用統一的協議標準，是開放式的互聯網絡，對用戶是透明的，不同廠家產品隻要使用同一總線標準，就具有互操作性、互換性，因此設備具有很好的可集成性。係統為開放式，允許其它廠商將自己專長的控製技術，如控製算法、工藝流程、peifangdengjichengdaotongyongxitongzhongqu，yinci，butongchangjiadewangluochanpinkeyifangbiandijierutongyiwangluo，jichengzaitongyikongzhixitongzhongjinxingcaozuo，jianhualexitongjicheng。erzaichuantongdeDCS中，不同廠家的設備是不能相互訪問的。
2.3.4 多分支結構
傳統控製係統中設備的連接都是一對一的，而現場總線是多分支結構，其網絡拓撲可為總線型、星型、樹型等多種形式。這種多分支結構使得布線簡單、工程安裝周期縮短、運yun行xing維wei護hu方fang便bian，並bing能neng節jie省sheng投tou資zi。這zhe種zhong結jie構gou還hai具ju有you較jiao強qiang的de係xi統tong擴kuo展zhan性xing，對dui於yu新xin增zeng的de設she備bei，隻zhi需xu直zhi接jie並bing行xing掛gua接jie即ji可ke，無wu需xu架jia設she新xin的de電dian纜lan，也ye無wu需xu係xi統tong停ting機ji。
2.3.5 現場設備狀態可控
通過現場總線，現場設備的管理信息大大增加，這些信息包括功能模塊組態、參數狀況、zhenduanheyanzhengshujudeng。caozuorenyuanzaikongzhishilijiukeyiduizhexiexinxijinxingweihuheyanzhengshujudeng。caozuorenyuanzaikongzhishilijiukeyiduizhexiexinxijinxingweihuheguanli，duixianchangshebeijinxingcanshuzhengding，bingshishidijinxingxingnengweihu。dangshebeicanshu、zhuangtaifashengbianhuashi，caozuorenyuannengtiqianduigaishebeijinxingyuchuli，kejianshaoshigufasheng。guzhangfashenghou，baojingjizhihuiliketongzhicaozuorenyuanguzhangfashengdebuweiheshebei，congertigaolexitongdekekaoxinghekeweihuxing。
2.3.6 降低了係統及工程成本
對大範圍、大規模I/O的分布式係統來說，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設工程費用，降低了係統及工程成本。
3. 基於現場總線技術的低壓配電自動化係統的應用
如今，現場總線技術已經開始得到較為廣泛的應用。如某化工廠所用低壓配電自動化係統，采用基於現場總線技術的ACREL-2000監控係統，已投入運行，運行狀況良好。下文以該配電自動化係統為例，簡述現場總線技術在行業內低壓配電自動化係統中的應用。
3.1 係統簡介
安科瑞的Acrel-2000型電力監控係統軟件借助了計算機、通信設備、計量保護裝置等，為係統的實時數據采集、開關狀態監測及遠程控製提供了基礎平台。該電力監控係統可以為企業提供“監控一體化”的整體解決方案，主要包括實時曆史數據庫AcrSpace、工業自動化組態軟件AcrControl、電力自動化軟件AcrNetPower、“軟”控製策略軟件AcrStrategy、通信網關服務器AcrFieldComm、OPC產品、Web門戶工具等。
3.2 係統結構
Acrel-2000電力監控係統是基於10kV及以下變配電係統的監測與管理，該係統由管理層（站控層）、通信層（中間層）、間隔層（現場監控層）三部分組成，見下圖。
站控層設立主控係統Acrel-2000一套。硬件係統采用工作台式結構，軟件係統采用基於WIN2000 操作係統的電力監控軟件Acrel-2000, 同時能通過MODBUS SERVER 和OPC方式實現係統數據的上傳, 實現資源共享。站控層通過位於通信層的工業以太網交換機與現場中的通信服務器或通信網關進行數據交換。
tongxincengchuleyouyigegongyeyitaiwangjiaohuanjiwai，haizaimeigeshebeicengzongxianfenzhichushelileyigetongxinfuwuqihuowangguan，yonglaijiangxianchangdezongxianxieyizhuanweiyitaiwangxieyi。zaibaohuzhuangzhifenzhizhonghaishiyongleACRHMI通信管理機，ACRHMI是用於實現配電係統的通信處理和設備管理的智能通信單元，其選用了一塊12.1寸高亮度TFT真彩觸摸屏，使用實時嵌入式操作係統（WinCE.NET）和係統工程運行軟件，具有良好的人機界麵，集成了ProfiBus-DP通訊接口和TCP/IPRJ45接口，能將多種設備通過現場總線技術有機地連接起來。
現場監控層采用包括ARD係列智能馬達控製器、ACR係列多功能網絡儀表在內的具備RS485 ProfiBus-DP通訊接口的分布在配電櫃上的智能可通訊設備，通過現場總線通信實現與通信網關的數據交換。
係統報價―覽表 單位：元（RMB）
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名稱 |
型號 |
單位 |
麵價 |
備注 |
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監控主機 |
IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166x DVD/KB+MS/
D-Link530+外設 |
台 |
8500 |
均可用戶自備，以當時市場價格為準，該報價僅供參考 |
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顯示器 |
三星19寸液晶顯示器 |
台 |
3000 |
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三星22寸液晶顯示器 |
台 |
3800 |
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打印機 |
HP LaserJet 1020 A4 |
台 |
2500 |
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EPSON-LQ1600KIIIH A3 |
台 |
4000 |
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UPS電源 |
山特C1KS |
台 |
5000 |
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山特C2KS |
台 |
6500 |
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通訊線纜 |
五類線 |
米 |
4.6 |
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屏蔽雙絞線RVVP 2×1.0 |
米 |
5.6 |
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光纖（多模） |
米 |
6.6 |
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通訊機櫃 |
1200×600×600 |
麵 |
3000 |
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2200×600×600 |
麵 |
5000 |
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光電轉換 |
HTB-1000 |
隻 |
750 |
遠距離傳輸 |
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終端盒 |
隻 |
60 |
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尾纖 |
麵 |
50 |
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耦合器 |
麵 |
50 |
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熔接點 |
個 |
50 |
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通訊轉換 |
擴展卡ACRNET-PCI/4 |
塊 |
3000 |
擴展卡 |
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串口服務器ACRNET-PORT(2口) |
隻 |
3000 |
串口服務器 |
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串口服務器ACRNET-PORT(4口) |
隻 |
5500 |
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通訊前置機ACRNET-UC02(2口) |
隻 |
4000 |
通訊前置機 |
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通訊前置機ACRNET-UC04(4口) |
隻 |
6000 |
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通訊前置機ACRNET-UC08(8口) |
隻 |
11500 |
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通訊管理機ACRHMI |
台 |
30000 |
人機界麵 |
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組網設備 |
網絡交換機EDS-208 |
台 |
3000 |
局域組網 |
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網絡交換機EDS-408 |
台 |
8500 |
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監控軟件 |
Acrel監控組態軟件V6.0 |
係統組態軟件
圖形組態軟件
電能管理軟件
數據庫軟件 |
套 |
3萬 |
設備數量1～10 |
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4萬 |
設備數量11～20 |
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6萬 |
設備數量21～40 |
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8萬 |
設備數量41～80 |
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10萬元以上 |
設備數量80以上 |
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雙機版 |
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套 |
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單機價格×1.5 |
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數據轉發 |
每+1用戶 |
套 |
3000 |
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Web發布 |
每+1用戶（總用戶數≤5） |
套 |
5000 |
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電力儀表 |
ACR330ELH |
台 |
4860 |
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ACR220ELH |
台 |
4280 |
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ACR120EL |
台 |
3580 |
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導軌式電表 |
DTSD1352 |
台 |
2050 |
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DTSF1352 |
台 |
1200 |
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DDSF1352 |
台 |
600 |
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3.3 係統功能
3.3.1 友好的人機交互界麵（HMI）
標準的變配電係統具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網絡的接線情況；龐大的係統具有多畫麵切換及畫麵導航的功能；分散的配電係統具有空間地理平麵的係統主畫麵。主畫麵可直觀顯示各回路的運行狀態，並具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示於人機交互界麵並實時刷新。
3.3.2 用戶管理
Acrel-2000智能電力監控係統軟件可對不同級別的用戶賦予不同權限，從而保證係統在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令外，還需工程師級用戶輸入確認口令後方可完成該操作。
3.3.3 數據采集處理
Acrel-2000智能電力監控係統可實時和定時采集現場設備的各電參量及開關量狀態（包括三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率、電能、溫度、開關位置、設備運行狀態等），將采集到的數據或直接顯示、或通過統計計算生成新的直觀的數據信息再顯示（總係統功率、負荷最大值、功率因數上下限等），並對重要的信息量進行數據庫存儲。
3.3.4 趨勢曲線分析
Acrel-2000智zhi能neng電dian力li監jian控kong係xi統tong提ti供gong了le實shi時shi曲qu線xian和he曆li史shi趨qu勢shi兩liang種zhong曲qu線xian分fen析xi界jie麵mian，通tong過guo調tiao用yong相xiang關guan回hui路lu實shi時shi曲qu線xian界jie麵mian分fen析xi該gai回hui路lu當dang前qian的de負fu荷he運yun行xing狀zhuang況kuang。如ru通tong過guo調tiao用yong某mou配pei出chu回hui路lu的de實shi時shi曲qu線xian可ke分fen析xi該gai回hui路lu的de電dian氣qi設she備bei所suo引yin起qi的de信xin號hao波bo動dong情qing況kuang。係xi統tong的de曆li史shi趨qu勢shi即ji係xi統tong對dui所suo有you已yi存cun儲chu數shu據ju均jun可ke查zha看kan其qi曆li史shi趨qu勢shi，方fang便bian工gong程cheng人ren員yuan對dui監jian測ce的de配pei電dian網wang絡luo進jin行xing質zhi量liang分fen析xi。
3.3.5 報表管理
Acrel-2000智zhi能neng電dian力li監jian控kong係xi統tong具ju有you標biao準zhun的de電dian能neng報bao表biao格ge式shi並bing可ke根gen據ju用yong戶hu需xu求qiu設she計ji符fu合he其qi需xu要yao的de報bao表biao格ge式shi，係xi統tong可ke自zi動dong統tong計ji。可ke自zi動dong生sheng成cheng各ge種zhong類lei型xing的de實shi時shi運yun行xing報bao表biao、曆史報表、事件故障及告警記錄報表、操作記錄報表等，可以查詢和打印係統記錄的所有數據值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據複費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數可自行設置；係統設計還可根據用戶需求量身定製滿足不同要求的報表輸出功能。
3.3.6 事件記錄和故障報警
Acrel-2000智能電力監控係統對所有用戶操作、開關變位、參(can)量(liang)越(yue)限(xian)及(ji)其(qi)它(ta)用(yong)戶(hu)實(shi)際(ji)需(xu)求(qiu)的(de)事(shi)件(jian)均(jun)具(ju)有(you)詳(xiang)細(xi)的(de)記(ji)錄(lu)功(gong)能(neng)，包(bao)括(kuo)事(shi)件(jian)發(fa)生(sheng)的(de)時(shi)間(jian)位(wei)置(zhi)，當(dang)前(qian)值(zhi)班(ban)人(ren)員(yuan)事(shi)件(jian)是(shi)否(fou)確(que)認(ren)等(deng)信(xin)息(xi)，對(dui)開(kai)關(guan)變(bian)位(wei)、參量越限等信息還具有聲音報警功能，同時自動對運行設備發送控製指令或提示值班人員迅速排除故障。
3.3.7 五遙功能
Acrel-2000智能電力監控係統不僅能實現常規的“遙信”、“遙控”、“遙測”、“遙調”功能，還可以實現“遙設”功能。
遙信：實時對開關運行狀態、保護工作等開關量進行監視。計算機實時顯示和自動報警。
遙控：通過計算機屏幕選擇相應的站號、開關號、合/分閘等信息，並在屏幕上將選擇的開關狀態反饋出來，確認後執行，實時記錄操作時間、類型、合開關號等。
遙測：通過計算機實時對係統電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、超限報警、頻率進行不斷地采集、分析、處理、記錄、顯示曲線、棒圖，自動生成報表。
遙調：用於有載變壓器的調壓升/降。
遙設：用於遠方修改分散繼電保護裝置的定值、控製字；以及調整各種儀表的工作狀態。
3.4 係統優點
（1）由於采用數字雙向通信，一對雙絞線或光纖完成諸多的信號傳輸功能，使得在該環節中的電纜、橋架、接線端子的用量減少到幾乎為零，因此相應的安裝工作量也大大減少。
（2）間隔層設備采用智能終端設備，電流、電壓等信號在現場就就行高精度的AD變換，再以數字量的形式送入係統中，從而省略了變送器等中間變換環節，使係統采集的信號精度大大提高，節省了投資。
（3）智能終端設備還能在間隔層實現大量的邏輯、計算功能，可將許多以前在DCS中zhong完wan成cheng的de工gong作zuo下xia放fang到dao間jian隔ge層ceng完wan成cheng，實shi現xian真zhen正zheng意yi義yi上shang的de分fen散san控kong製zhi，提ti高gao了le係xi統tong的de可ke靠kao性xing，而er且qie係xi統tong可ke采cai集ji的de信xin息xi量liang大da大da增zeng加jia，操cao作zuo人ren員yuan在zai控kong製zhi室shi就jiu能neng實shi現xian監jian控kong係xi統tong對dui現xian場chang設she備bei的de在zai線xian監jian視shi、診斷、校驗和參數整定。
（4）在工程建設中，由於係統組態簡單，安裝、運行、維修方便，分步調試能較快完成並及時投運。
3.5 係統部分界麵
主接線圖界麵
電壓、電流波形計數值顯示界麵，以及棒圖、餅圖的顯示
4. 結束語
配(pei)電(dian)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)方(fang)式(shi)進(jin)入(ru)化(hua)工(gong)廠(chang)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)了(le)智(zhi)能(neng)電(dian)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)，改(gai)變(bian)過(guo)去(qu)隻(zhi)有(you)重(zhong)要(yao)電(dian)氣(qi)量(liang)才(cai)能(neng)進(jin)入(ru)計(ji)算(suan)機(ji)係(xi)統(tong)的(de)情(qing)況(kuang)，使(shi)配(pei)電(dian)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)更(geng)加(jia)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)和(he)便(bian)於(yu)維(wei)護(hu)，同(tong)時(shi)取(qu)消(xiao)變(bian)送(song)器(qi)，減(jian)少(shao)計(ji)算(suan)機(ji)I/O卡ka件jian，減jian少shao電dian纜lan工gong程cheng量liang，便bian於yu分fen步bu調tiao試shi和he投tou運yun，有you利li於yu配pei電dian自zi動dong化hua係xi統tong的de科ke學xue運yun行xing維wei護hu，降jiang低di了le投tou資zi。相xiang信xin該gai技ji術shu會hui在zai行xing業ye內nei得de到dao更geng廣guang泛fan的de應ying用yong和he深shen遠yuan的de發fa展zhan。
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