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文檔簡介

1、(Confidential For Internal Use Only)Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.1PLC21206Ethernet概述及介質(zhì)概述及介質(zhì)PLC 212062021/8/142Ethernet是一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò),最初設(shè)計(jì)用于計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的通訊。 自從1976年被Xerox與DEC和因特爾合作開發(fā),Ethernet已經(jīng)成為“實(shí)際上”信息網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。 Ethernet遵守基本的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。什么是什么是Ethernet?PLC 212062021/8/143Ethernet特性特

2、性Ethernet是標(biāo)準(zhǔn)的信息網(wǎng)絡(luò)。 能被大多數(shù)計(jì)算機(jī)廠商支持 眾多的成品硬件選擇 有能力支持大型網(wǎng)絡(luò)提供分享如打印機(jī)、掃描器、數(shù)據(jù)服務(wù)器等資源的能力優(yōu)化大量的數(shù)據(jù)傳輸通過通過IEEE標(biāo)準(zhǔn)說明標(biāo)準(zhǔn)說明Ethernet是一個(gè)開放式網(wǎng)絡(luò)。是一個(gè)開放式網(wǎng)絡(luò)。PLC 212062021/8/144IEEEIEEE擁有Ethernet的技術(shù)要求說明,具體描述在IEEE802.3規(guī)范中。這些標(biāo)準(zhǔn)全部開放,支持如下: SIG(特殊利益集團(tuán))行為 協(xié)會(huì) 出版刊物 互聯(lián)網(wǎng)主頁例如: RFC 2616 描述了超文本傳輸協(xié)議或http的協(xié)議。PLC 212062021/8/145Ethernet協(xié)議協(xié)議可把協(xié)議當(dāng)作

3、是一種語言來考慮。如果兩個(gè)設(shè)備說同樣的語言或是協(xié)議,那么它們之間就可以通訊??梢栽谝粋€(gè)Ethernet信息中壓縮很多不同的協(xié)議。實(shí)際上,是把多數(shù)協(xié)議依照慣例壓縮在一個(gè)單獨(dú)的信息中。每個(gè)不同的協(xié)議都服務(wù)于特定信息的某個(gè)特定目的。在Ethernet上比較流行的協(xié)議有:TCP/IP 用于驗(yàn)證信息的傳送并給信息規(guī)定路徑 FTP 用于傳輸文件HTTP 用于網(wǎng)頁通訊CIP 最初由羅克韋爾開發(fā),用于工業(yè)設(shè)備間的通訊。適用于DeviceNet、 ControlNet 、和EtherNet/IP。 PLC 212062021/8/146Ethernet/IPEtherNet/IP 是使用通用工業(yè)協(xié)議的是使用通用

4、工業(yè)協(xié)議的Ethernet網(wǎng)絡(luò)的名稱。網(wǎng)絡(luò)的名稱。在在EtherNet/IP中的中的“IP” 含義為含義為工業(yè)協(xié)議工業(yè)協(xié)議,可以當(dāng)作以太網(wǎng)/工業(yè)協(xié)議PLC 212062021/8/147TCP/IP 與與 EtherNet/IP相比較相比較EtherNet/IP 看起來與廣泛用于Ethernet的另一個(gè)協(xié)議名稱(實(shí)際上是一對(duì)協(xié)議)很相似。TCP/IP 用于驗(yàn)證信息的傳送并給信息指定路徑TCP = 傳輸控制協(xié)議IP = 網(wǎng)間協(xié)議EtherNet/IP 與與 TCP/IP是兩個(gè)完全不同的協(xié)議,為完全不同的目是兩個(gè)完全不同的協(xié)議,為完全不同的目的而設(shè)計(jì)。的而設(shè)計(jì)。EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)除了使用C

5、IP通用工業(yè)協(xié)議外,既使用TCP協(xié)議,也使用IP協(xié)議。PLC 212062021/8/148EtherNet/IP 與與 ODVA雖然EtherNet/IP最初是由羅克韋爾自動(dòng)化開發(fā)的,但卻是個(gè)開放式網(wǎng)絡(luò)。包括競爭者在內(nèi)的許多公司都在出售EtherNet/IP的兼容產(chǎn)品。這就是它對(duì)我們的客戶如此有吸引力的原因之一。ODVA,開放設(shè)備網(wǎng)制造商協(xié)會(huì), 基于通用工業(yè)協(xié)議(CIPTM)管理開放式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開發(fā), 并通過工具、培訓(xùn)和銷售活動(dòng),援助CIP網(wǎng)絡(luò)的制造商和消費(fèi)者。PLC 212062021/8/149OSI 參考模型參考模型開放式互連系統(tǒng)參考模型開放式互連系統(tǒng)參考模型OSI “模型” 描述網(wǎng)絡(luò)

6、在正常情況下是如何工作的。它由7個(gè)層次,以及引入的大量概念組成。OSI 參考模型參考模型由另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織開發(fā). 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織,或 ISO (不是 IOS,也不是 OSI !)。 如果這開始聽起來有點(diǎn)像希臘語。ISO 根本就不是一個(gè)開頭字母的縮寫,而是來源于希臘單詞isos,意思是相等!PLC 212062021/8/1410OSI 參考模型參考模型 CIP 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) & 傳輸傳輸Ethernet IEEE 802.3MACEthernet IEEE 802.3物理層物理層IPTCPUDPIP-廣播廣播隱性消息隱性消息封裝協(xié)議封裝協(xié)議顯性消息顯性消息設(shè)備概述設(shè)備概述應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象4層

7、層 傳輸層傳輸層3 層層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層2層層 設(shè)備層設(shè)備層1層層 物理層物理層7層層- 應(yīng)用層應(yīng)用層6層層 表示層表示層 5層層 會(huì)話層會(huì)話層層的劃分不是非常嚴(yán)格的,它們之間的邊界往往是很模糊的。PLC 212062021/8/1411OSI 參考模型參考模型 CIP 網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)及傳輸Ethernet IEEE 802.3MACEthernet IEEE 802.3物理層物理層IPTCPUDPIP- 廣播廣播隱性消息隱性消息封裝協(xié)議封裝協(xié)議顯性消息顯性消息設(shè)備概述設(shè)備概述應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象4層層 傳輸層傳輸層3層層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層2層層 設(shè)備層設(shè)備層1層層 物理層物理層7層層- 應(yīng)用層應(yīng)用層6

8、層層 表示層表示層5層層 會(huì)話層會(huì)話層CIP的任務(wù)由最上面三層定義,的任務(wù)由最上面三層定義,但我們會(huì)從底層開始探討,既第一層物理層。HTTP、FTP、DHCP與與通用工業(yè)協(xié)議通用工業(yè)協(xié)議PLC 212062021/8/1412OSI 參考模型參考模型第一層第一層稱為物理物理層。第一層包括Ethernet電纜。在第一層處理的信息是簡單的位.1和0OSI“堆?!钡倪@一層負(fù)責(zé)描述硬件技術(shù)規(guī)范,包括引腳配置、電壓以及.網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)“拓?fù)渫負(fù)洹?。PLC 212062021/8/1413用于用于Ethernet的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔M管Ethernet可以是總線型、星型、或是混合形,但是所有新型Ethernet

9、,以及所有EtherNet/IP均采用星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)的中心是一個(gè)有源器件,如星型結(jié)構(gòu)的中心是一個(gè)有源器件,如Ethernet交換機(jī),包含在整個(gè)模塊中交換機(jī),包含在整個(gè)模塊中??偩€型總線型(同軸電纜)(同軸電纜)星型星型(雙絞線、光纖、無線)(雙絞線、光纖、無線) PLC 212062021/8/1414總線型拓?fù)淇偩€型拓?fù)浜螢榭偩€型拓?fù)??何為總線型拓?fù)洌?所有的節(jié)點(diǎn)都由一個(gè)“主干線”連接,其它部分使用分接器以及同控制網(wǎng)類似的終端,與主干線相連。用在何處?用在何處? 當(dāng)想使用同軸電纜介質(zhì)時(shí)使用總線型拓?fù)???偩€型存在于早期的、現(xiàn)存的架構(gòu)中,但不會(huì)被安裝在新的架構(gòu)中??偩€型總線型(同軸電纜介質(zhì))

10、(同軸電纜介質(zhì))PLC 212062021/8/1415總線拓?fù)淇偩€拓?fù)溥B接在細(xì)纜以太網(wǎng)(連接在細(xì)纜以太網(wǎng)( 10Base-2 thin net )總線型網(wǎng)絡(luò))總線型網(wǎng)絡(luò)上的三臺(tái)計(jì)算機(jī)上的三臺(tái)計(jì)算機(jī).PLC 212062021/8/1416星型拓?fù)湫切屯負(fù)浜螢樾切屯負(fù)??何為星型拓?fù)洌?在星型結(jié)構(gòu)中,所有的節(jié)點(diǎn)都連接到一個(gè)有源設(shè)備,可以是集線器或是交換機(jī)。用在何處?用在何處? 星型拓?fù)溥m用于雙絞線、光纖、和無線系統(tǒng)。這種標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)鋷缀跤糜谒械霓k公室,工廠和家庭。星型星型雙絞線、光纖和無線雙絞線、光纖和無線PLC 212062021/8/1417星型拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)星型拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)星型拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)星型拓

11、撲的優(yōu)勢(shì)大多數(shù)星型結(jié)構(gòu)的中心都是Ethernet交換機(jī)。交換機(jī)所提供的特殊優(yōu)勢(shì)將會(huì)在后面討論。星型結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)更易于調(diào)試,因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備都連在自己的電纜段上。添加和刪除節(jié)點(diǎn)很方便-只需要把接頭從集線器或交換機(jī)上插入或拔出即可。星型拓?fù)涞娜秉c(diǎn)星型拓?fù)涞娜秉c(diǎn)活躍的有源元件是電纜系統(tǒng)中的一部分。集線器或是交換機(jī)的故障會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。PLC 212062021/8/1418混合型拓?fù)浠旌闲屯負(fù)湫切托切?總線總線很多系統(tǒng)屬于混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此用戶能利用網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)特性。例如,星型/總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所示,所有的節(jié)點(diǎn)都連接在星型結(jié)構(gòu)中,使系統(tǒng)可以簡單的添加或刪除節(jié)點(diǎn)以及查詢故障。星型結(jié)構(gòu)共同連接在一個(gè)總線上,允

12、許節(jié)點(diǎn)相距很長的距離后再連接。許多市場上可以買到的集線器和交換機(jī)使之可以很簡單的創(chuàng)建一個(gè)混合型拓?fù)?。PLC 212062021/8/1419介質(zhì)構(gòu)成介質(zhì)構(gòu)成傳輸介質(zhì) 收發(fā)器/MAU附加單元接口 (AUI)EtherNet控制器卡中繼器網(wǎng)橋交換機(jī)路由器/ 網(wǎng)關(guān)PLC 212062021/8/1420Ethernet傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)雙絞線是當(dāng)今最主要的介質(zhì),用于連接Ethernet設(shè)備。也使用光纖電纜,通常在干路中應(yīng)用(跨越很長的距離,將節(jié)點(diǎn)組連接在一起)。EtherNet電纜經(jīng)常引用如下:10BASE-5100BASE-T10BASE-FL電纜參考的格式在下一頁展示。PLC 212062021/

13、8/1421Ethernet電纜參考電纜參考電纜格式 SSSBAND-MT/L 其中:SSS = 速度 (10MB, 100MB, 等)BAND = 基帶基數(shù)MT/L = 介質(zhì)類型或長度。對(duì)同軸電纜而言指長度,對(duì)雙絞線和光纖而言指類型(對(duì)雙絞線而言指T或TX,5指500米)例如: 10BASE-5 意思是10MB 基帶基帶同軸電纜,網(wǎng)段最遠(yuǎn)距離 500米米。同軸電纜舉例10BASE-5 (粗)10BASE-2 (細(xì)) 雙絞線電纜舉例(非屏蔽或屏蔽)10BASE-T100BASE-TX 光纖電纜舉例10BASE-FL100BASE-FXPLC 212062021/8/1422Ethernet電纜

14、線路說明電纜線路說明100BASE-T (雙絞線雙絞線): 100 米, 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)/ 網(wǎng)段。 低成本 用于星型拓?fù)?當(dāng)今用在何處?當(dāng)今用在何處?在大多數(shù)新安裝的設(shè)備中很受歡迎。10BASE-FL(光纖光纖): 2000 米, 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)段。 可跨越很長的距離 有效用于存在電噪音的區(qū)域 當(dāng)今用在何處?當(dāng)今用在何處?通常用于長距離連接、建筑物間的連接、創(chuàng)建區(qū)域內(nèi)電涌屏蔽 、以及用于高電噪音區(qū)域。PLC 212062021/8/142310BASE-T、100BASE-T 和和1000BASE-T 區(qū)別是什么? 10BASE-T 是 IEEE 標(biāo)準(zhǔn),定義了發(fā)送數(shù)據(jù)的要求,要用非屏蔽雙絞線電纜以

15、10Mbps的速度傳輸,以及定義了在這種電纜上運(yùn)行基頻Ethernet的各方面要求。 100BASE-T 是 IEEE 標(biāo)準(zhǔn),定義了發(fā)送數(shù)據(jù)的要求,要用非屏蔽雙絞線電纜以100Mbps的速度傳輸,以及定義了在這種電纜上運(yùn)行基頻Ethernet的各方面要求。 1000BASE-T (也稱為吉比特Ethernet)是IEEE標(biāo)準(zhǔn),定義了發(fā)送數(shù)據(jù)的要求,要用非屏蔽雙絞線電纜以1000Mbps的速度傳輸,以及定義了在這種電纜上運(yùn)行基頻Ethernet的各方面要求。PLC 212062021/8/1424介質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)、和網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)、和網(wǎng)絡(luò)IEEE 名稱名稱10Base-210Base-T1000Bas

16、e-T10GBASE-T100Base-FX電線類型電線類型RG-58 同軸電纜“Thin Net”Cat 3TIA/EIA-568-BUTPCat 5eTIA/EIA-568-BUTPCat 6aTIA-568-B.2-10 UTP光纖IEEE 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)號(hào)802.3a802.3i802.3ab802.3an 802.3u 節(jié)點(diǎn)間距節(jié)點(diǎn)間距185m100m100m100m2kmPLC 212062021/8/1425Cat5e電纜電纜基于 EIA/TIA 568 商業(yè)建筑遠(yuǎn)程通訊配線標(biāo)準(zhǔn),由電子工業(yè)協(xié)會(huì)在1985年開發(fā),滿足計(jì)算機(jī)通訊工業(yè)協(xié)會(huì)的要求。Cat5e網(wǎng)絡(luò)電纜由四根非屏蔽雙絞線組成(

17、UTP)組成。使用 RJ45 連接器 支持最大頻率125MHz以及最大速度125Mbps。Cat5e電纜用于: 1000Base-T、100Base-T、 和 10Base-T 網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)電纜都是大多數(shù)電纜都是Cat5e電纜電纜PLC 212062021/8/1426收發(fā)器收發(fā)器這是一個(gè)最初的Ethernet網(wǎng)絡(luò)草圖。注意“收發(fā)器”是連接到網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備。如今,除了光纖,收如今,除了光纖,收發(fā)器、接口和控制器發(fā)器、接口和控制器通常集成在通常集成在NIC卡中卡中。(網(wǎng)絡(luò)接口控制器。(網(wǎng)絡(luò)接口控制器)PLC 212062021/8/1427 收發(fā)器收發(fā)器收發(fā)器是負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上接收和發(fā)送電信號(hào)的設(shè)備。

18、PLC-5的的Ethernet版本版本需要外部的收發(fā)器。需要外部的收發(fā)器。ISA總線總線NIC插件包括插件包括收發(fā)器,并連接到收發(fā)器,并連接到5e級(jí)同軸電纜。級(jí)同軸電纜。AUI (附件單元接口)(附件單元接口) 是是 在計(jì)算機(jī)在計(jì)算機(jī)EtherNet接口卡(接口卡(NIC)與)與EtherNet電纜間的電纜間的15引引腳物理連接器接口腳物理連接器接口 。光纖收發(fā)器光纖收發(fā)器EN2T 包括收發(fā)器與包括收發(fā)器與RJ-45連接器。連接器。PLC 212062021/8/1428有源設(shè)備有源設(shè)備以雙絞線為介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò),使用各種設(shè)備來使能基本的“星型”結(jié)構(gòu)。三種最普通的有源設(shè)備是: 集線器 交換機(jī) 路由器

19、PLC 212062021/8/1429中繼器中繼器 用于Ethernet同軸電纜系統(tǒng),從而增加網(wǎng)絡(luò)的整體長度,并可添加額外的節(jié)點(diǎn)。中繼器重生輸入信號(hào),然后再傳輸,消除像在電纜中傳輸時(shí)影響信號(hào)衰減的噪聲或畸變。 網(wǎng)絡(luò)上的有源設(shè)備網(wǎng)絡(luò)上的有源設(shè)備-集線器集線器當(dāng)UTP (非屏蔽雙絞線)布線越來越普遍,實(shí)現(xiàn)星型結(jié)構(gòu)時(shí)多端口中繼器是必需的。這些多端口中繼器被稱為集線器集線器。PLC 212062021/8/1430星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中心的集線器利用雙絞線或光纖電纜來連接設(shè)備。集線器會(huì)向任意通道外的所有其他通道,發(fā)送它所接收到的一切。集線器會(huì)向任意通道外的所有其他通道,發(fā)送它所接收到的一切。集線器可以簡單的

20、作為多端口中繼器。消息從一個(gè)端口進(jìn)入,然后廣播給其它的每個(gè)端口Ethernet集線器集線器PLC 212062021/8/1431OSI 參考模型參考模型Ethernet集線器包括電纜都是第一層的一部分,集線器包括電纜都是第一層的一部分,第一層第一層被稱為物理物理層。集線器不能連接任何智能設(shè)備,所以即使它是有源的電子設(shè)備,也只能是簡單的“物理”連接的一部分。PLC 212062021/8/1432OSI 參考模型參考模型CIP 網(wǎng)絡(luò)與傳輸網(wǎng)絡(luò)與傳輸EthernetMACEthernet物理層物理層IPTCPUDPIP-廣播廣播隱性消息隱性消息封裝協(xié)議封裝協(xié)議顯性消息顯性消息設(shè)備概述設(shè)備概述應(yīng)用

21、對(duì)象應(yīng)用對(duì)象4層層 傳輸層傳輸層3層層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層2 層層- 設(shè)備層設(shè)備層1層層 物理層物理層7層層- 應(yīng)用層應(yīng)用層6層層 表示層表示層5層層 會(huì)話層會(huì)話層電纜、集線器電纜、集線器HTTP、FTP、DHCP以及以及通用工業(yè)協(xié)議通用工業(yè)協(xié)議PLC 212062021/8/1433網(wǎng)橋有選擇地將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到合適的目的地,可在網(wǎng)段間獨(dú)立通訊。這種傳輸對(duì)于網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議是透明且獨(dú)立的。網(wǎng)橋可以把不同類型的介質(zhì)連接到一起(例如10BASE-2和10BASE-T)。Ethernet網(wǎng)橋與交換機(jī)網(wǎng)橋與交換機(jī) 網(wǎng)橋Segment B 網(wǎng)段A網(wǎng)段 A00BC0300AE44.網(wǎng)段B節(jié)點(diǎn)間的信息繼續(xù)停留在網(wǎng)段B .

22、網(wǎng)段A節(jié)點(diǎn)間的信息繼續(xù)停留在網(wǎng)段A。只有不同網(wǎng)段節(jié)點(diǎn)間的信息才通過網(wǎng)橋。多端口的網(wǎng)橋稱為Ethernet交換機(jī)交換機(jī),是Ethernet網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。PLC 212062021/8/1434交換機(jī)是星型拓?fù)渲行淖畛S玫脑O(shè)備。 交換機(jī)可以有選擇地將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到合適的目的地。它只將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的設(shè)備。交換機(jī)為數(shù)據(jù)包選擇指定設(shè)備的路徑。Ethernet交換機(jī)交換機(jī)僅僅發(fā)送輸入數(shù)據(jù)到期望的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)。PLC 212062021/8/1435交換機(jī)是有選擇的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,而不是像集線器那樣廣播數(shù)據(jù),因而有效的消去了網(wǎng)絡(luò)上的沖突,并減少了帶寬的使用數(shù)量,所以交換機(jī)更有效率。交換機(jī)應(yīng)該經(jīng)常被

23、使用,而非集線器。交換機(jī)應(yīng)該經(jīng)常被使用,而非集線器。集線器與交換機(jī)集線器與交換機(jī)交換機(jī)選擇將數(shù)據(jù)包傳送到指定設(shè)備的路徑。輸入信息只被傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)。PLC 212062021/8/1436OSI 參考模型參考模型Ethernet交換機(jī)位于第二層交換機(jī)位于第二層第二層第二層被稱為數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用OSI模型第二層定義的規(guī)則來完成最重要的數(shù)據(jù)處理工作。在第二層處理的數(shù)據(jù)被稱為“幀”。當(dāng)然Ethernet交換機(jī)實(shí)際上也由第一層的一部分組成,例如Ethernet電纜和交換機(jī)。在# PLC21007中我們會(huì)對(duì)第二層有更多的了解。PLC 212062021/8/1437OSI 參考模型參考模型CIP 網(wǎng)絡(luò)與傳輸網(wǎng)絡(luò)與傳輸EthernetMACEthernet物理層物理層IPTCPUDPIP-廣播廣播隱性消息隱性消息封裝協(xié)議封裝協(xié)議顯性消息顯性消息設(shè)備概述設(shè)備概述應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象4層層 傳輸層傳輸層3層層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層2層層 設(shè)備層設(shè)備層1層層 物理層物理層7層層- 應(yīng)用層應(yīng)用層6層層 表示層表示層5層層 會(huì)話層會(huì)話層電纜、集線器電纜、集線器交換機(jī)交換機(jī)HTTP、FTP、DHCP與與通用工業(yè)協(xié)議通用工業(yè)協(xié)議PLC 21206

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