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SIEMENS西門子

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S7-300PLC：

6ES7318-3EL00-0AB0

CPU319-3 PN/DP, 1.4MB

SIMATIC S7-300 CPU 319-3 PN/DP，中央處理單元，帶1.4 MB 工作內(nèi)存，一個MPI/DP,12M 接口；一個DP-主從接口；一個PN接口

西門子優(yōu)勢產(chǎn)品：

S7-200模塊        S7-300模塊

 

S7-400模塊         S7-1200模塊 

 

S7-1500模塊    ET200模塊

 

LOGO模塊        

 

  S7-200 SMART模塊

 

通訊網(wǎng)卡                通訊電纜

 

DP接頭               軟線

 

觸摸屏             變頻器

 

西門子S7-300PLC主機最常用的幾款PLC：

 

6ES7211-0AA23-0XB0 SIMATIC S7-200 CPU211,DC/DC/DC,6輸入/4輸出

 

6ES7211-0BA23-0XB0 SIMATIC S7-200 CPU211,AC/DC/Rly,6輸入/4輸出

 

6ES7212-1AB23-0XB0 SIMATIC S7-200 CPU222,DC/DC/DC,8輸入/6輸出

6ES7216-2BD23-0XB0 SIMATIC S7-200 CPU226,AC/DC/Rly,24輸入/16輸出

 

6ES7223-1PL22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊，16輸入 24V DC/16輸出繼電器

 

6GK7243-1EX01-0XE0 通訊處理器 CP243-1，用于將 SIMATIC S7-22X 連接至工業(yè)以太網(wǎng)；FTP 客戶端通訊；HTTP 服務(wù)器；FTP 服務(wù)器；E-MAIL 客戶端

1.1 引言
自動化領(lǐng)域的當(dāng)前發(fā)展主流趨勢是基于PLC集成的解決方案。在實現(xiàn)若干復(fù)雜工藝功能和運動控制的應(yīng)用中，基于PLC的機電一體化1）解決方案得到了迅速的推廣，它既能為用戶提供更加靈活和更加效能的機械設(shè)備，也能大大地節(jié)約制造成本。因此，機電一體化的理念正逐漸地貫徹到越來越多的項目規(guī)劃和產(chǎn)品設(shè)計中。
在機電一體化方案中，注重運動控制的工藝功能在自動化系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。西門子的Technology CPU（或稱T CPU）實現(xiàn)了在一個SIMATIC CPU中集成工藝和運動控制功能，它不僅可完美地執(zhí)行開環(huán)控制和運動控制的任務(wù)，而且能完全集成在SIMATIC產(chǎn)品家族和TIA（Totally Integrated Automation，全集成自動化）環(huán)境之中。
作為新的SINAMICS驅(qū)動家族的一員，SINAMICS S120是滿足機器和工廠框架中高性能要求的模塊化驅(qū)動系統(tǒng)。S120提供了高性能的單軸和多軸驅(qū)動，憑借其擴展性和靈活性，可廣泛應(yīng)用在眾多行業(yè)。

1）機電一體化（Mechatronics），結(jié)合了機械工程、計算機技術(shù)和電子技術(shù)的綜合性學(xué)科，常用于制造業(yè)的設(shè)計和開發(fā)工作。

1.2 Technology CPU產(chǎn)品介紹
目前西門子提供了三款T CPU（如圖1）供用戶選擇：315T-2DP、317T-2DP和317TF-2DP。CPU 315T-2DP/CPU 317T-2DP應(yīng)用在運動控制和標(biāo)準(zhǔn)控制相結(jié)合的典型應(yīng)用中；CPU317TF-2DP除了包含了以上兩款產(chǎn)品的所有功能，還提供了額外的故障安全功能，可應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)控制、運動控制和安全相關(guān)控制相結(jié)合的綜合應(yīng)用之中。

圖1 T CPU產(chǎn)品家族

T CPU包括以下部分：

• SIMATIC CPU 31x-2DP
• 符合PLCopen認(rèn)證的運動控制功能
• 工藝組態(tài)（工藝對象、軸組態(tài)、工藝工具等）

系統(tǒng)提供預(yù)編程的符合PLCopen認(rèn)證的功能塊簡化了用戶的編程工作。STEP 7選件包S7-Technology可用于對所有的工藝功能進(jìn)行編程和調(diào)試。
T CPU可同時處理多達(dá)32個（對于315T-2DP）或64個（對于317T（F）-2DP）工藝對象。
更多T CPU產(chǎn)品信息請參考支持中心提供的相關(guān)網(wǎng)頁。

1.3 SINAMICS S120產(chǎn)品介紹
Sinamics S120 是西門子公司推出的全新的集 V/F、矢量控制及伺服控制于一體的驅(qū)動控制系統(tǒng)，它不僅能控制普通的三相異步電動機，還能控制同步電機、扭矩電機及直線電機。其強大的定位功能將實現(xiàn)進(jìn)給軸的絕對、相對定位。內(nèi)部集成的 DCC(驅(qū)動控制圖表)功能，用 PLC 的 CFC 編程語言來實現(xiàn)邏輯、運算及簡單的工藝等功能。
S120分為兩種，AC/AC（單軸驅(qū)動器）和DC/AC（多軸驅(qū)動器）。
更多S120產(chǎn)品信息請參考支持中心提供的相關(guān)網(wǎng)頁。

2. 準(zhǔn)備

2.1 環(huán)境要求

2.1.1 本文檔所述實例基于以下硬件環(huán)境：
• PS307 5A                         6ES7307-1EA00-0AA0
• CPU 317TF-2DP             6ES7317-6TF14-0AB0
• SIMATIC MMC 8M        6ES7953-8LP11-0AA0
• SIMATIC Field PG M3    6ES7715-1BB23-0AA1
• PROFIBUS電纜
• 其他S7 300模塊（如果有，如DI、DO等）
• S120 Training Case           6ZB2480-0BA0，

圖2 S120 Training Case

包括：
（1）CU320 6SL3040-0MA00-0AA1
（2）非調(diào)節(jié)型電源模塊5kW 6SL3130-6AE15-0AA0
（3）雙電機模塊3A 6SL3120-2TE13-0AA0
（4）同步電機（1FK7022-5AK71-1AG3），通過SMC20（6SL3055-0AA00-5BA1）接增量型編碼器（2048,Sin/Cos，1Vpp）
（5）同步電機（1FK7022-5AK71-1LG3），通過DRIVE-CLIQ接絕對值編碼器（512 ppr，EnDat）
（6）CompactFlash Card 6SL3054-0CG01-1AA0

2.1.2 本文檔所述實例基于以下軟件環(huán)境：
• Window XP SP3
• STEP 7 V5.5 SP2
• S7 Technology V4.2 SP1
• S7 Distributed Safety V5.4 SP52)

2）如需使用故障安全功能，則需要此軟件。

2.2 任務(wù)

2.2.1 組態(tài)實例

圖3 系統(tǒng)連接圖

1.熱電偶的概述

1.1 熱電偶的工作原理
熱電偶和熱電阻一樣，都是用來測量溫度的。
熱電偶是將兩種不同金屬或合金金屬焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，利用溫差電勢原理來測量溫度的，當(dāng)熱電偶兩種金屬的兩端有溫度差，回路就會產(chǎn)生熱電動勢，溫差越大，熱電動勢越大，利用測量熱電動勢這個原理來測量溫度。
結(jié)構(gòu)示意圖如下：

圖1 熱電偶測量結(jié)構(gòu)示意圖

注意：如上圖所示，熱電偶是有正負(fù)極性的，所以需要確保這些導(dǎo)線連接到正確的極性，否則將會造成明顯的測量誤差
為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，安裝要求如下：
① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；
③ 補償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；
④ 保護套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離；
⑤ 熱電偶對于外界的干擾比較敏感，因此安裝還需要考慮屏蔽的問題。

1.2 熱電偶與熱電阻的區(qū)別

屬性	熱電阻	熱電偶
信號的性質(zhì)	電阻信號	電壓信號
測量范圍	低溫檢測	高溫檢測
材料	一種金屬材料（溫度敏感變化的金屬材料）	雙金屬材料在（兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個不同金屬的兩端產(chǎn)生電動勢差）
測量原理	電阻隨溫度變化的性質(zhì)來測量	基于熱電效應(yīng)來測量溫度
補償方式	3線制和4線制接線	內(nèi)部補償和外部補償
電纜接點要求	電阻直接接入可以更精確的避免線路的的損耗	要通過補償導(dǎo)線直接接入到模板；或補償導(dǎo)線接到參比接點，然后用銅制導(dǎo)線接到模板

表1 熱電偶與熱電阻的比較

2. 熱電偶的類型和可用模板

2.1熱電偶類型
根據(jù)使用材料的不同，分不同類型的熱電偶，以分度號區(qū)分，分度號代表溫度范圍，且代表每種分度號的熱電偶具體多少溫度輸出多少毫伏的電壓，熱電偶的分度號有主要有以下幾種。

分度號	溫度范圍(℃)	兩種金屬材料
B型	0~1820	鉑銠—鉑銠
C型	0~2315	鎢3稀土—鎢26 稀土
E型	-270~1000	鎳鉻—銅鎳
J型	-210~1200	鐵—銅鎳
K型	-270~1372	鎳鉻—鎳硅
L型	-200~900	鐵—銅鎳
N型	-270~1300	鎳鉻硅—鎳硅
R型	-50~1769	鉑銠—鉑
S型	-50~1769	鉑銠—鉑
T型	-270~400	銅—銅鎳
U型	-270~600	銅—銅鎳

 表2 分度號對照表

 

2.2可用的模板

CPU類型	模板類型	支持熱電偶類型
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0（8點）	E,J,K,L,N
	6ES7 331-7KB02-0AB0（2點）	E,J,K,L,N
	6ES7 331-7PF11-0AB0（8點）	B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0（8點）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U
	6ES7 431-7QH00-0AB0（16點）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U
	6ES7 431-7KF00-0AB0（8點）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U

表3 S7 300/400 支持熱電偶的模板及對應(yīng)熱電偶類型

3. 熱電偶的補償接線

3.1 補償方式
熱電偶測量溫度時要求冷端的溫度保持不變，這樣產(chǎn)生的熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時冷端的環(huán)境溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性，所以需要對冷端溫度變化造成的影響采取一定補償?shù)拇胧��?br /> 由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到控制儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本可以用補償導(dǎo)線延伸冷端到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，但補償導(dǎo)線的材質(zhì)要和熱電偶的導(dǎo)線材質(zhì)相同。熱電偶補償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度變化造成的影響，補償方式見下表。

溫度補償方式		說 明	接 線
內(nèi)部補償		使用模板的內(nèi)部溫度為參比接點進(jìn)行補償，再由模板進(jìn)行處理。	直接用補償導(dǎo)線連接熱電偶到模擬量模板輸入端。
外部補償	補償盒	使用補償盒采集并補償參比接點溫度，不需要模板進(jìn)行處理。	可以使用銅質(zhì)導(dǎo)線連接參比接點和模擬量西門子CP5711網(wǎng)卡模板輸入端。
	熱電阻	使用熱電阻采集參比接點溫度，再由模板進(jìn)行處理。
		如果參比接點溫度恒定可以不要熱電阻參考

表4 各類補償方式

 

3.2各補償方式接線

3.2.1內(nèi)部補償
內(nèi)部補償是在輸入模板的端子上建立參比接點，所以需要將熱電偶直接連接到模板的輸入端，或通過補償導(dǎo)線間接的連接到輸入端。每個通道組必須接相同類型的熱電偶，連接示意圖如下。

CPU類型	支持內(nèi)部補償模板類型	可連接熱電偶個數(shù)
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0	最多8個（4種類型，同通道組必須相同）
	6ES7 331-7KB02-0AB0	最多2個（1種類型，同通道組必須相同）
	6ES7 331-7PF11-0AB0	最多8個（8種類型）
S7-400	6ES7 431-7KF00-0AB0	最多8個（8種類型）

表5 支持內(nèi)部補償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓�數(shù)

圖2 內(nèi)部補償接線

注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接補償端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板無。

3.2.2 外部補償—補償盒
補償盒方式是通過補償盒獲取熱電偶的參比接點的溫度，但補償盒必須安裝在熱電偶的參比接點處。
補償盒必須單獨供電，電源模塊必須具有充分的噪聲濾波功能，例如使用接地電纜屏蔽。
補償盒包含一個橋接電路，固定參比接點溫度標(biāo)定，如果實際溫度與補償溫度有偏差，橋接熱敏電阻會發(fā)生變化，產(chǎn)生正的或者負(fù)的補償電壓疊加到測量電勢差信號上，從而達(dá)到補償調(diào)節(jié)的目的。
補償盒采用參比接點溫度為0℃的補償盒，推薦使用西門子帶集成電源裝置的補償盒，訂貨號如下表。

推薦使用的補償盒		訂貨號
帶有集成電源裝置的參比端，用于導(dǎo)軌安裝		M72166-V V V V V
輔助電源	B1	230VAC
	B2	110VAC
	B3	24VAC
	B4	24VDC
連接到熱電偶	1	L型
	2	J型
	3	K型
	4	S型
	5	R型
	6	U型
	7	T型
參考溫度	00	0℃

表6 西門子參比接點的補償盒訂貨數(shù)據(jù)

圖3 S7-300模板支持接線方式

圖3 類型：熱電偶通過補償導(dǎo)線連接到參比接點，再用銅質(zhì)導(dǎo)線連接參比接點和模板的輸入端子構(gòu)成回路，同時由一個補償盒對模板連接的所有熱電偶進(jìn)行公共補償，補償盒的9，8端子連接到模板的補償端COMP+(10)和Mana(11)，所以模板的所有通道必須連接同類型的熱電偶。

圖4 S7-400模板支持接線方式

圖4 類型：模板的各個通道單獨連接一個補償盒，補償盒通過熱電偶的補償導(dǎo)線直接連接到模板的輸入端子構(gòu)成回路，所以模板的每個通道都可以使用模板支持類型的熱電偶，但是每個通道都需要補償盒。

CPU類型	支持外部補償盒補償模板類型	可連接熱電偶個數(shù)
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0	最多8個（同類型）
	6ES7 331-7KB02-0AB0	最多2個（同類型）
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0	最多8個（類型可不同）
	6ES7 431-7QH00-0AB0	最多16個（類型可不同）

表7 支持外部補償盒補償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓�數(shù)

 

3.2.3 外部補償—熱電阻
熱電阻方式是通過外接電阻溫度計獲取熱電偶的參比接點的溫度，再由模板處理然后進(jìn)行溫度補償，同樣熱電阻必須安裝在熱電偶的參比接點處。

圖5 S7-300模板支持方式

圖5類型：參比接點電阻溫度計pt100的四根線接到模板的35，36，37，38端子，對應(yīng)（M+，M-，I+，I-），可測參比接點出溫度范圍為-25℃到85℃，

圖6 S7-400模板支持方式

圖6類型：參比接點電阻溫度計的四根線接到模板的通道0，占用通道。
以上這兩種方式，參比接點到模板的線可以用銅質(zhì)導(dǎo)線，由于做公共補償，只能接同類型的熱電偶。

CPU類型	支持熱電阻補償模板類型	可連接熱電偶個數(shù)
S7-300	6ES7 331-7PF11-0AB0	最多8個（同類型）
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0	最多6個（同類型）
	6ES7 431-7QH00-0AB0	最多14個（同類型）

表8 支持熱電阻補償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓�數(shù)

 

3.2.4外部補償—固定溫度
如果外部參比接點的溫度已知且固定，可以通過選擇相應(yīng)的補償方式由模板內(nèi)部處理補償，組態(tài)設(shè)置詳見下章節(jié)。

CPU類型	支持固定溫度補償模板類型	可連接熱電偶個數(shù)	可設(shè)定溫度范圍
S7-300	6ES7 331-7PF11-0AB0	最多8個（同類型）	0℃或50℃
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0	最多8個（同類型）	-273.15℃~327.67℃
	6ES7 431-7QH00-0AB0	最多16個（同類型）	-273.15℃~327.67℃
	6ES7 431-7KF00-0AB0	最多8個（同類型）	-273.15℃~327.67℃

表9支持固定溫度補償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓�數(shù)

從上表可以看出，300的模板只支持參比接點的溫度為0℃或50℃兩種，而400的模板支持可變溫度范圍，且范圍大。

3.2.4混合補償—熱電阻和固定溫度補償
另外，除單獨補償方式外，可以使用相同參比接點給多個模板，通過電阻溫度計進(jìn)行外部補償，S7-400的模板支持這種方式，補償示意圖如下。

圖7 混合外部補償

補償過程：如圖所示，模板2和1 有公共的參比接點，模板1進(jìn)行外部電阻溫度計補償方式，由CPU讀取RTD的溫度，然后使用系統(tǒng)功能SFC55(WR_PARM)將溫度值寫入到模板2中，模板2選擇固定溫度補償?shù)姆绞健?br /> SFC55只能對模板的動態(tài)參數(shù)進(jìn)行修改，模擬量輸入模板的靜態(tài)參數(shù)（數(shù)據(jù)記錄0）和動態(tài)參數(shù)（數(shù)據(jù)記錄1）的參數(shù)及數(shù)據(jù)記錄1的結(jié)構(gòu)如下：

參數(shù)	數(shù)據(jù)記錄號	參數(shù)分配方式
		SFC55	STEP7
用于中斷的目標(biāo)CPU	0	否	是
測量方法	0	否	是
測量范圍	0	否	是
診斷	0	否	是
溫度單位	0	否	是
溫度系統(tǒng)	0	否	是
噪聲抑制	0	否	是
濾波	0	否	是
參比接點	0	否	是
周期結(jié)束中斷	0	否	是
診斷中斷啟用	1	是	是
硬件中斷啟用	1	是	是
參考溫度	1	是	是
上限	1	是	是
下限	1	是	是

表10 S7-400模擬量輸入模板的參數(shù)

 

圖8 S7-400模擬量輸入模板的數(shù)據(jù)記錄1的結(jié)構(gòu)

 

以6ES7 431-7QH00-0AB0 模擬量輸入模板為例，程序塊SFC55調(diào)用：

圖9 SFC55系統(tǒng)塊調(diào)用

當(dāng)M0.0上升沿使能時，將寫入的參數(shù)從MB100~MB166傳遞到輸入地址為100開始的模板，修改其數(shù)據(jù)記錄1的參數(shù)，同時也將參比接點的溫度也寫入模板的設(shè)定位置。

參數(shù)	聲明	數(shù)據(jù)類型	描述
REQ	INPUT	BOOL	REQ=1，寫請求，上升沿信號。
IOID	INPUT	BYTE	地址區(qū)域的標(biāo)識號：外設(shè)輸入=B#16#54；                                     外設(shè)輸出=B#16#55； 外設(shè)輸入/輸出混合，如果地址相同，指定為B#16#54，不同則指定最低地址的區(qū)域ID。
LADDR	INPUT	WORD	模板的邏輯地址（初始地址），如果混合模板，指定兩個地址中的較低的一個。
RECNUM	INPUT	BYTE	數(shù)據(jù)記錄號，參考模板數(shù)據(jù)手冊。
RECORD	INPUT	ANY	需要傳送的數(shù)據(jù)記錄存放區(qū)。
RET_VAL	OUTPUT	INT	故障代碼。
BUSY	OUTPUT	BOOL	BUSY=1，寫操作未完成。

表11 各參數(shù)的說明

4. 熱電偶的信號處理方式

4.1 硬件組態(tài)設(shè)置
首先要在硬件組態(tài)選擇與外部補償接線一致的measuring type（測量類型），measuring range（測量范圍），reference junction（參比接點類型）和reference temperature（參比接點溫度）的參數(shù)，如下各圖所示。

圖10 S7-300模板測量方式示意圖

 

圖11 S7-300模板測量范圍示意圖

對于S7-300的模板，組態(tài)如圖10和11所示，只需要選擇測量類型和測量范圍（分度類型），補償方式包含在測量類型中。比如： 參比接點固定溫度補償方式，測量類型選擇 TC-L00C（參比接點溫度固定為0℃） 或 TC-L50C（參比接點溫度固定為50℃），再選擇分度類型，組態(tài)就完成。

圖12 S7-400模板組態(tài)圖1

圖13 S7-400模板組態(tài)圖2

對于S7-400的模板，組態(tài)如圖12和13所示，測量類型中選擇TC-L方式，測量范圍中選擇與實際熱電偶類型一致的分度號，參比接點的選擇。比如：參比接點固定溫度的方式，測量類型和測量范圍選擇完后，在參比接點選擇ref.temp（參考溫度），然后在reference temperature框（參考溫度）內(nèi)填寫參比接點的固定，組態(tài)就完成，或者是共享補償方式，可以用SFC55動態(tài)傳輸溫度參數(shù)。

400模板組態(tài)中Reference junction 參數(shù)	說 明
none	無補償
internet	模板內(nèi)部補償
Ref. temp	參比接點溫度固定已知補償

表12 參比接點參數(shù)說明

4.2 測量方式和轉(zhuǎn)換處理

CPU類型	測量方法	說 明
300CPU	TC-I	內(nèi)部補償
	TC-E	外部補償
	TC-IL	線性，內(nèi)部補償
	TC-EL	線性，外部補償
	TC-L00C	線性，參比接點溫度保持在0°C
	TC-L50C	線性，參比接點溫度保持在50°C
	400CPU	TC-L 線性

表13 測量方式各參數(shù)的說明及處理

注：測量方式中：I ：內(nèi)部補償，E：外部補償，L：線性處理。

線性化方式（TC-IL/EL/L00C/L50C/L）
線性化方式下，由模板內(nèi)部根據(jù)所選擇的熱電偶類型的特性進(jìn)行線性處理，可以使用L PIW xxx 直接讀入，則將獲得十進(jìn)制的溫度值，精度為0.1。例如：讀進(jìn)來的 十進(jìn)制值為2345，則對應(yīng)的溫度值為234.5℃。
非線性化方式（TC-I/E）
對于非線性化的設(shè)置，此設(shè)置類似80Mv的電壓測量，CPU得到的是0~27648之間的一個十進(jìn)制數(shù)值，即0~80Mv 對應(yīng)0~27648，需要轉(zhuǎn)換成相應(yīng)Mv信號，然后通過對照表查找溫度。
綜上所述，如果想得到所測的溫度值，選擇線性化方式的設(shè)置比較方便；如果僅需要得到Mv信號，可以選擇非線性化方式的設(shè)置。

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江蘇�。�13個地級市、27個縣級市）： 
13個地級市：南京市、無錫市、徐州市、常州市、蘇州市、南通市、連云港市、淮安市、鹽城市、揚州市、鎮(zhèn)江市、泰州市、宿遷市。 
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11個地級市：杭州市、寧波市、溫州市、嘉興市、湖州市、紹興市、金華市、衢州市、舟山市、臺州市、麗水市。 
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