化工儀器網(wǎng)
詳細(xì)介紹
西門子S7-1200代理
上海盟疆有限公司工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域致力于為客戶提供高品質(zhì)的服務(wù),，追求客戶的滿意是我們始終如
一的目標(biāo),。在中國,，工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域擁有一支技術(shù)過硬、經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師隊(duì)伍，為客戶提供7x24小時(shí)全天
候服務(wù),。專業(yè)的服務(wù)人員和遍布全國的服務(wù)及備件網(wǎng)絡(luò)將對客戶的服務(wù)需求迅速作出響應(yīng),，將由設(shè)備故障
引起的損失降低到小的程度。
我公司經(jīng)營西門子*現(xiàn)貨PLC,；S7-200S7-300 S7-400 S7-1200 觸摸屏,，變頻器，6FC,，6SNS120 V10 V60 V80伺服數(shù)控備件：*電機(jī)（1LA7,、1LG4、1LA9,、1LE1）,，國產(chǎn)電機(jī)（1LG0，1LE0）大型電機(jī)（1LA8,，1LA4,，1PQ8）伺服電機(jī)（1PH，1PM,，1FT,，1FK，1FS）西門子保內(nèi)*產(chǎn)品‘質(zhì)保一年,。一年內(nèi)因產(chǎn)品質(zhì)量問題免費(fèi)更換新產(chǎn)品,；不收取任何費(fèi)。咨詢,。
追求,，追求精確
要通過“嚴(yán)格”的檢驗(yàn)程序，以可編程控制器（PLC）產(chǎn)品為例,，在整個(gè)生產(chǎn)過程中針對該類產(chǎn)品的質(zhì)量檢測節(jié)點(diǎn)就超過20個(gè),。視覺檢測是數(shù)字化工廠*的質(zhì)量檢測方法，相機(jī)會(huì)拍下產(chǎn)品的圖像與Teamcenter數(shù)據(jù)平臺中的正確圖像作比對,，一點(diǎn)小小的瑕疵都逃不過SIMATIC IT品質(zhì)管理模塊的“眼睛”,。對比傳統(tǒng)制造企業(yè)的人工抽檢，這顯然要可靠又快速得多,。”
數(shù)據(jù)通訊概述
---- S7-300 具有多樣的通訊方式,。
- 用全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的CPU之間數(shù)據(jù)包周期的交換
- 用通訊功能塊對網(wǎng)絡(luò)其他站點(diǎn)進(jìn)行由事件驅(qū)動(dòng)的通訊。
- 對于聯(lián)網(wǎng),，可以使用MPI,， PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)。
- 全局?jǐn)?shù)據(jù),，通過全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊服務(wù),，聯(lián)網(wǎng)的CPU可以相互之間周期性地交換數(shù)據(jù),。(到4gd包，每包有22字節(jié)/周期),。例如：一個(gè)CPU可以訪問另一個(gè)CPU的數(shù)據(jù),、存儲(chǔ)位和過程映象。全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊只可以通過MPI進(jìn)行,。在step7中的GD表中進(jìn)行組態(tài),。
-通訊功能，對S7/M7/C7的通訊服務(wù)可以使用系統(tǒng)內(nèi)部塊建立起來,。 - 通過MPI的標(biāo)準(zhǔn)通訊
- 擴(kuò)展通訊通過MPI,、K總線、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)(S7-300只能作為服務(wù)器)
對于s5系列及第三方的通訊服務(wù),，可以使用非駐留塊建立,。 - 通過PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)S5兼容的通訊
- 通過PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)通訊 (第三方設(shè)備)
---- 與全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行對比，必須為通訊功能建立通訊連接,。
通過CP的數(shù)據(jù)通訊(點(diǎn)對點(diǎn))
---- 用CP 340/CP 341通訊處理模塊可以建立起經(jīng)濟(jì)而方便的點(diǎn)到點(diǎn)鏈,。在3種通訊接口的基礎(chǔ)上，有多種通訊協(xié)議可以使用,。
- 20 mA(TTY)
- RS 232C/V.24
- RS 422/RS 485
可連接下列設(shè)備： - S7 PLC和S5 PLC及第三方系統(tǒng)
- 打印機(jī)
- 機(jī)器人控制
- 掃描儀,、條碼閱讀器等
通過多點(diǎn)接口(MPI) 的數(shù)據(jù)通訊
---- 多點(diǎn)接口(MPI)通訊口集成在 S7-300 CPU上。它可以用于簡單聯(lián)網(wǎng),。
- MPI能同時(shí)連接幾個(gè)帶 STEP 7的編程器/PC,、人機(jī)界面(HMI)
- 全局?jǐn)?shù)據(jù)
聯(lián)網(wǎng)的CPU可以利用全局?jǐn)?shù)據(jù)(GD)服務(wù)，周期性地相互進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,。 (每個(gè)程序周期多允許16個(gè)GD包,，每包多64字節(jié))。S7-300 cpu每次多可以交換4個(gè)含22個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包,，而且多可以有16個(gè)CPU參與數(shù)據(jù)交換(用step7 v4.x以上版編程軟件),。全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊只能通過MPI接口。 - 內(nèi)部通訊總線(K-總線)
CPU的MPI是直接與S7-300的K總線連接,。即可以用k總線接口從編程器直接通過MPI對FM/CP模塊進(jìn)行編址,。 - 功能強(qiáng)大的通訊技術(shù)
- 多32個(gè)MPI站
- 每個(gè)CPU多有8個(gè)動(dòng)態(tài)通
- 訊連接用于與SIMATIC S7/M7 300/ 400、C7進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)通訊
- 每個(gè)CPU多有4個(gè)靜態(tài)通訊連接用于與編程器,、PC機(jī),、SIMATIC HMI系統(tǒng)和 SIMATIC S7/M7-300/ 400、C7進(jìn)行擴(kuò)展通訊 ,。
- 數(shù)據(jù)傳輸速度187.5千位/秒或12兆位/秒 - 靈活的擴(kuò)展能力
用下列可靠的部件來配置MPI通訊：LAN電纜,，LAN連接器和 RS 485中繼器均采用PROFIBUS和"分布式 I/O"系列產(chǎn)品。這些部件保證了的配置,。例如,，在任意兩個(gè)給定的MPI節(jié)點(diǎn)之間可串聯(lián)多10個(gè)中繼器來跨越長距離,。
通過CP進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊(PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng))
---- 可通過CP 342/343通訊處理器將SIMATIC S7-300與 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)相連。
---- 可連接的包括
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模板的診斷及過程監(jiān)視
---- S7-300有多種輸入/輸出模板具有智能功能：
- 對信號進(jìn)行監(jiān)視 (診斷)
- 對過程信號進(jìn)行監(jiān)視 (過程中斷)
在電網(wǎng)-變頻器-電機(jī)-負(fù)載構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,，能量的傳遞是雙向的。電動(dòng)機(jī)工作模式時(shí),，電能從電網(wǎng)經(jīng)由變頻器傳遞到電機(jī),，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)負(fù)載，負(fù)載因此具有動(dòng)能或勢能,；當(dāng)負(fù)載釋放這些能量以求改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),，電機(jī)被負(fù)載所帶動(dòng)，進(jìn)入發(fā)電機(jī)工作模式,，向前級反饋已轉(zhuǎn)換為電形式的能量,，這些能量被稱為再生制動(dòng)能量，可以通過變頻器返回電網(wǎng),，或者消耗在變頻器系統(tǒng)的制動(dòng)電阻中,。如圖1-1所示。
圖1-1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量流向
較大制動(dòng)能量的產(chǎn)生經(jīng)常出現(xiàn)在下面幾種場合里：
? 起重設(shè)備的重物下放過程
? 大慣量負(fù)載設(shè)備的快速減速過程
? 游梁式抽油機(jī)的驢頭下放過程等等,。
西門子變頻器MM440由三部分構(gòu)成,，整流部分，直流回路部分,，逆變部分,。當(dāng)MM440作為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換源而處在上述的制動(dòng)過程時(shí)，制動(dòng)能量將通過其逆變部分返回到直流回路,，由于整流部分由不可控的二極管組成,，制動(dòng)能量無法回到電網(wǎng)，造成直流回路電壓泵升,，進(jìn)而導(dǎo)致MM440因直流回路電壓過高（F0002）而停機(jī),。為避免上述情形的發(fā)生，MM440 提供了動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能,，即在直流回路上安裝一個(gè)制動(dòng)單元,，再配以適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻，將制動(dòng)能量在該電阻上以熱能的形式消散,。A-F尺寸的MM440已將制動(dòng)單元集成在變頻器內(nèi)部,，只需選配制動(dòng)電阻，安裝在MM440端子B+ B- 上,，然后調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)即可,，而功率相對較大的FX、GX尺寸MM440內(nèi)部沒有集成制動(dòng)單元,，需要從SIMOVERT MASTERDRIVES的產(chǎn)品目錄里選配相應(yīng)的制動(dòng)單元以及制動(dòng)電阻,。
本章將介紹制動(dòng)能量的簡單計(jì)算以及MM440制動(dòng)單元的基本工作原理,，幫助您實(shí)現(xiàn)西門子MM440變頻器制動(dòng)電阻的正確選型。
二 制動(dòng)能量的簡單計(jì)算
? 制動(dòng)能量的產(chǎn)生
根據(jù)電機(jī)理論, 定子中通入同步頻率 ?1的交流電流, 在氣隙中產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場作用在轉(zhuǎn)子上,，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)切割旋轉(zhuǎn)磁場,，轉(zhuǎn)子回路因而感應(yīng)出電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩M，方向如圖2-1中a所示,。經(jīng)過負(fù)載的平衡,，轉(zhuǎn)子以 (1-s) ?1的速度穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組仍然逆時(shí)針以s?1的速度切割旋轉(zhuǎn)磁場,。電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)模式下, P = M?Ω>0, 即運(yùn)行在*象限,。
在需要變頻器快速制動(dòng)負(fù)載的情況下，變頻器通入電機(jī)定子中的電流頻率突降為?1′ （?1′ <?1), 由于驅(qū)動(dòng)負(fù)載存在慣性,，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不能突降,，而是仍然維持在原轉(zhuǎn)速上，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向改變,，轉(zhuǎn)子電流方向以及電磁力矩方向也因此發(fā)生改變,，如圖2-1中b所示，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式下, 開始運(yùn)行在第二象限,，P=(-M)?Ω<0, 再生制動(dòng)能量產(chǎn)生,。 如果電機(jī)被負(fù)載拖動(dòng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過變頻器輸入的同步轉(zhuǎn)速,，同樣會(huì)有上述的現(xiàn)象發(fā)生,。
a) 正向運(yùn)行時(shí) b) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)
c) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí) d) 電機(jī)四象限圖
圖2-1 制動(dòng)能量產(chǎn)生時(shí)的電機(jī)狀態(tài)
在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)下放重物的過程中，轉(zhuǎn)子繞組仍然保持逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)切割旋轉(zhuǎn)磁場,，轉(zhuǎn)子電流以及旋轉(zhuǎn)力矩方向不變,，但是由于切割速度過快，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的祛磁磁場將能量返回了定子側(cè),，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式下, 開始運(yùn)行在第四象限,，如圖2-1中 c 所示，P=M?（-Ω）<0, 再生制動(dòng)能量產(chǎn)生,。
? 制動(dòng)能量的簡單計(jì)算
例1 某客戶將MM440 應(yīng)用在升降驅(qū)動(dòng)設(shè)備上,，并要求在6.25秒內(nèi)以0.4m/s的速度下 放500kg的重物,每30s重復(fù)一次該過程，應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算制動(dòng)功率,？
西門子S7-1200代理
重物的勢能為： A= m x g x h =500kg x 9.81 x (0.4m/s x 6.25s)=12263J
大 功率為： P brake Appl max = A/s = 12263J/6.25s = 1962W
平均 功率為： P brake Appl average = 1962W x 6.25s / 30s= 392.4W
例2 某驅(qū)動(dòng)負(fù)載需要從2900RPM的速度降至為0,，其驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)見表1，如何計(jì)算反饋回變頻器直流側(cè)的制動(dòng)能量,？
電動(dòng)機(jī)額定功率 Pmotor N=5.5 KW
電動(dòng)機(jī)效率 ?motor =0.865
電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 N motor N= 2925 RPM
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J motor =0.015kgm2
負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J load =0.4 kgm2
電動(dòng)機(jī)高運(yùn)行轉(zhuǎn)速 nmax =2900RPM
制動(dòng)時(shí)間 t brake appl =5s
負(fù)載工作周期 t cycle appl =15s
產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：
一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的大制動(dòng)功率：
一個(gè)周期內(nèi)的總制動(dòng)能量：
一個(gè)周期內(nèi)的平均制動(dòng)功率：
三 MM440 制動(dòng)單元的基本工作原理
? 制動(dòng)單元激活電壓與直流回路故障電壓
按照上述的計(jì)算方法得出的再生制動(dòng)能量將反饋到變頻器的內(nèi)部,，造成直流回路上電壓泵升。為了避免變頻器因直流回路過電壓F0002而跳閘,，當(dāng)電壓上升到臨界點(diǎn) UDC chopper 時(shí),，制動(dòng)單元就被激活,，并按照預(yù)先規(guī)定的負(fù)載工作周期將制動(dòng)能量消耗在外接制動(dòng)電阻上，拉動(dòng)直流回路電壓下降,。如果制動(dòng)能量過大,，未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)得到散逸，那么直流回路電壓將繼續(xù)上升,，直到F0002跳閘,。如圖3-1所示。
圖3-1直流回路電壓的上升過程
| 制動(dòng)單元觸發(fā)臨界電壓 UDC chopper有兩種算法,，采用哪一種，則取決于MM440 參數(shù)P1254 | 若P1254=0 | 1.13 x  x P0210 |
| 若P1254=1 | 0.98 x r1242 |
表3-1 激活動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能的直流回路電壓值
? 制動(dòng)單元?jiǎng)幼鬟^程
MM440變頻器制動(dòng)單元的核心是一個(gè)門限電壓控制斬波器（IGBT transistor）,，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)再生制動(dòng)能量被外接制動(dòng)電阻吸收,，轉(zhuǎn)化成熱能得以釋放。斬波器的工作頻率 f chopper為2KHz,，占控比 t chopper on 由變頻器內(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)決定,。如圖3-2所示。
圖3-2 動(dòng)態(tài)制動(dòng)的操作方式
當(dāng)再生制動(dòng)能量迫使直流回路電壓達(dá)到UDC chopper時(shí),，制動(dòng)單元自動(dòng)投入運(yùn)行,，由監(jiān)控系統(tǒng)為斬波器選擇適當(dāng)?shù)恼伎乇龋苿?dòng)能量被制動(dòng)電阻吸收,。
? 如果制動(dòng)能量少于在制動(dòng)電阻上消耗的能量( P brake resistor=VDC2 / Rmin) ,，那么直流回路電壓會(huì)很快下降到UDC chopper之下，制動(dòng)單元會(huì)在開通2ms之后自動(dòng)關(guān)閉,，占控比的選擇在通路1上完成,。 若直流回路電壓再次達(dá)到UDC chopper，該過程將被重復(fù),。
? 如果制動(dòng)能量多于此時(shí)在制動(dòng)電阻上消耗的能量,，那么盡管制動(dòng)自動(dòng)已經(jīng)投入運(yùn)行，直流回路電壓仍然會(huì)繼續(xù)上升,，由監(jiān)控系統(tǒng)選擇的占控比也快速線性增加,，直到占控比為1（通道1），斬波器持續(xù)開通,，制動(dòng)電阻在此其間持續(xù)吸收制動(dòng)能量,。為了保護(hù)此時(shí)的制動(dòng)電阻不會(huì)因吸收了過多能量而過熱損壞，必須事先根據(jù)制動(dòng)電阻的制動(dòng)能力選擇適當(dāng)?shù)某掷m(xù)工作時(shí)限 t chopper on,。當(dāng)持續(xù)工作時(shí)限達(dá)到時(shí),，切換到通道2，占控比自動(dòng)被修正為P1237中設(shè)定的值以減少制動(dòng)能量進(jìn)入制動(dòng)電阻,，令其有充分的時(shí)間冷卻,，此時(shí)直流回路電壓將有所回升,。其過程如圖3-3所示?？梢?，如果電阻值選擇的太小，或者P1237 的值選擇不當(dāng),，會(huì)造成制動(dòng)能量因吸收不凈而導(dǎo)致的直流回路電壓繼續(xù)上升,，而制動(dòng)電阻會(huì)因過熱而損壞。
MM440制動(dòng)單元的斬波器為通道2規(guī)定了5種占控比,，即負(fù)載工作周期,，由參數(shù)P1237 來選擇 。列表3-2如下,。
| P1237 | t chopper on (斬波器占控比為1的長時(shí)間) | P brake resistor average | |
| 0 | 0% | 動(dòng)態(tài)制動(dòng)未激活 | 0 |
| 1 | 5% | 12.0s | 0.05 P brake Appl max |
| 2 | 10% | 12.6s | 0.1 P brake Appl max |
| 3 | 20% | 14.2s | 0.2 P brake Appl max |
| 4 | 50% | 22.8s | 0.5 P brake Appl max |
| 5 | 100% | 在制動(dòng)單元激活狀態(tài)下始終開通 | 1 P brake Appl max |
表3-2 MM440的負(fù)載工作周期
四 制動(dòng)電阻的計(jì)算以及選型
? 西門子制動(dòng)電阻的說明
西門子MICROMASTER 變頻器產(chǎn)品樣本DA51.2 中列出的制動(dòng)電阻只是按照P1237=1即5%的工作負(fù)載周期來進(jìn)行設(shè)計(jì)的,。例如： 訂貨號為6SE6400-4BC05-0AA0的制動(dòng)電阻，小阻值為180?,，可以承受大直流回路電壓為420V ,，因此該制動(dòng)電阻可在12秒內(nèi)連續(xù)開通，吸收 Pbrake resistor max = U dc max 2 /R min =980W的大制動(dòng)功率,。12秒后,，僅能承擔(dān)5%的大制動(dòng)功率，即約50W 的連續(xù)導(dǎo)通功率,，直到240秒后制動(dòng)電阻得到充分的冷卻,，方可再次承擔(dān)12秒的大制動(dòng)功率。
? 制動(dòng)電阻的選擇與校驗(yàn)
為MM440變頻器配置制動(dòng)電阻,，需要滿足二個(gè)條件：
1) 制動(dòng)電阻大功率 P brake resistor max >= 大制動(dòng)功率P brake Appl max
2) 負(fù)載工作周期內(nèi)的制動(dòng)電阻連續(xù)功率 P brake resistor average >=
制動(dòng)周期內(nèi)的平均制動(dòng)功率 P brake Appl average
下面舉例說明如何選擇制動(dòng)電阻, 請回顧第二節(jié)中的例2,，為5.5KW 、3~380-480V的MM440配置制動(dòng)電阻,，按照樣本DA51.2初選6SE6400-4BD16-5CA0
一個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)產(chǎn)生的大制動(dòng)功率： P brake Appl max = 6.6kW
制動(dòng)電阻可以承受的大制動(dòng)功率： P brake resistor max =12.6 kW
P brake Appl max < P brake resistor max *個(gè)條件滿足
一個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)的平均制動(dòng)功率： P brake Appl average =1.1kW
負(fù)載工作周期內(nèi)的制動(dòng)電阻連續(xù)功率： P brake resistor average = 0.65 kW
P brake Appl average > P brake resistor average第二個(gè)條件不滿足
表明該制動(dòng)電阻沒有足夠的容量接受1.1kW的制動(dòng)能量,。在此，可以提出兩個(gè)解決方案：
1）采用四個(gè)該型號電阻,，兩并兩串地接入,，見圖3-4?？偟闹苿?dòng)阻值并未改變,，因而能夠承受的大制動(dòng)功率 P brake max = U dc max 2 /R min 也未改變。 但是負(fù)載工作周期內(nèi)的制動(dòng)電阻連續(xù)功率卻提高了4倍,，
P brake resistor average = 0.65kW × 4 = 2.6kW,。此時(shí)P1237 必須放開限制，設(shè)置為3，即負(fù)載工作周期為20%,。
圖3-4 制動(dòng)電阻的接入方法
3) 選擇其他型號大容量的制動(dòng)電阻,，例如采用MASTERDRIVES 產(chǎn)品系列中訂貨號為6SE7018-0ES87-2DC0的制動(dòng)電阻，其阻值為80?,， 因此能夠承受的大制動(dòng)功率P brake max =U dc max 2 /R min =8.82kW,，
P brake Appl max < P brake resistor max *個(gè)條件滿足
因?yàn)镸ASTERDRIVES 產(chǎn)品系列的制動(dòng)電阻均是按照20%的負(fù)載工作周期制定的，因此需要將P1237設(shè)置3,，P brake resistor average =8.82kW×0.2=1.764kW
P brake Appl average < P brake resistor average第二個(gè)條件滿足
? FX-GX 制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻選擇
在MICROMASTER DRIVES系列中,，僅在外形尺寸為A-F的MM440里集成了制動(dòng)單元，只需再選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)耐饨又苿?dòng)電阻即可,。外形尺寸為FX ,、GX的MM440因?yàn)楣β氏鄬^大，不再在內(nèi)部集成制動(dòng)單元,，而是需要采用MASTERDRIVES系列中的外接制動(dòng)單元以及制動(dòng)電阻,。其選擇方法參見MASTERDRIVES產(chǎn)品樣本。
? MM440 中相關(guān)動(dòng)態(tài)制動(dòng)的必要參數(shù)設(shè)置
P1233=0 禁止直流制動(dòng)
P1234=0 禁止復(fù)合制動(dòng)
P1240=0 禁止直流電壓控制器功能
P1254=0或1 選擇 UDC chopper的計(jì)算方法
P1237>0 使能動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能
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