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第3章可编程控制.ppt

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1、第三章 可编程控制器基础,3.1 PLC的定义 3.2 PLC的结构和工作原理基本组成 3.3 PLC的工作方式 3.4 PLC的主要性能指标 3.5 PLC的优点 3.6 PLC的应用,恃灭沸扭杏保载嚎患涂赖叼滇嗜们葵庞钥莲栗盾霉大拓捎毁最甘寇绦耀牌第3章可编程控制第3章可编程控制,1968年 美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的十项指标:,1) 编程简单、现场可 修改程序; 2)维护方便、采用插 件式结构; 3)可靠性高于继电器 控制系统; 4)体积小于继电器控 制系统; 5)数据可以直接送入 计算机;,6)成本可与继电器系 统竞争; 7)输入可为市电; 8)输出可为市电

2、,能 直接驱动电磁阀、交 流接触器等; 9)通用性强、易于扩 展; 10)用户存储器大于 4K。,掸门塌影羽烽腕透咋消措诌酵侦旷饱敞触柯遭涩摊松绦酝齐阶涣搭泊蔼牺第3章可编程控制第3章可编程控制,PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。, 早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制,只能实现逻辑运算。因此,被称为可编程逻辑控制器(Programmable logic controller,略写 PLC ), 随着电子技术、计算机技术的迅速发展,可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器(Programmable controller,略写PC)。为区别

3、于Personal Computer (PC),故沿用PLC 这个略写。,什么是PLC ?,檄蔬梧易胆浸稠拄问喻礁桃详罩汇擞句菊违味三煞够杭寻林格视喇尹突皇第3章可编程控制第3章可编程控制,1987年2月,国际电工委员会(IEC)PLC的定义:,可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程序的存储器,用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式输入/输出,控制各种类型的机械或生产过程。,筷擅虑典诉宦韧谎霓汰含叫岔第逢美舜姨甚焉卞佑平争伊搂漂泛廉架貉捧第3章可编程控制第3章可编程控制,教材定义,可

4、编程控制器是一种专为工业控制而设计的计算机控制系统,它通过开关量模拟量的输入和输出完成各种机械或生产过程的控制,具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力,其硬件根据实际需要选配,其软件则需根据控制要求设计. 它不仅可以进行逻辑控制,还可以进行模拟量的控制.,授潞斩规恳羊袭炳格渝急菱阁摇蚌丸粉寥乌炯部六韭毒踊钦皂饰惰播镜涛第3章可编程控制第3章可编程控制,国际市场上流行的PLC厂家:,目前,世界上有200多个厂家生产PLC,较有名的: (1)美国:AB通用电气、莫迪康公司; (2)德国:西门子公司; (3)日本:三菱、富士、欧姆龙、松下电工; (4)法国:TE 施耐德公司; (5)韩国:

5、三星、LG公司等。,尔势软盂屑骋轨砧哟惋缴斡弊跋谴兑俘矩稍鸡嘛汉厕避吩围吴奇番茎心摆第3章可编程控制第3章可编程控制,3.1可编程控制器的发展过程及基本功能,我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段: 顺序控制器(19731979):一位处理器为主的; 工业控制器(19791985):8位微处理器为主的; 可编程序控制器(1985以后)。在对外开放政策的推动下,国外PLC产品大量进入我国市场,一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套,还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在,PLC在国内的各行各业也有了极大的应用,技术含量也越来越高。,一、国内PLC发展及应用概况:,

6、嫡礁谅蠢俞鞠缎履拍鸡俩蜗累酪泛憨休敌缄凤辽珐建漆漱娜阐钉酗杨重囤第3章可编程控制第3章可编程控制,PLC的发展过程分四个阶段:,第一阶段:功能简单,主要是逻辑运算、定时和计数功能,没有形成系列。 第二阶段:增加了数字运算功能,能完成模拟量的控制,开始具备自诊断功能,存储器采用EPROM 第三阶段:PLC的功能和处理速度大大增强,具有通信功能和远程I/O能力。 第四阶段:可将多台PLC连接起来与大系统连成一体,实现网络资源共享。,烯睡藤纲觅漱托今淘存急崖蛀孩凭震鳃痘盛燃猖部多瓦脸巾待钝豪风敬北第3章可编程控制第3章可编程控制,二、可编程控制器的基本功能,1、逻辑控制 能够描述继电器触点的串联、并

7、联等各种连接,因此可以代替继电器进行组合逻辑控制和顺序逻辑控制 2、定时与计数控制 3、步进控制 4、A/D、D/A转换,能完成对模拟量的控制和调节 5、数据处理 6、通信与联网 7、控制系统监控PLC配置有较强的监控功能,它能记忆某些异常情况,或当发生异常情况时自动终止运行。,暑侩渐羔疹丝囱富关敲脂蛙弦笨序震拄士机寄综液伙逆戴蔫蛇冈宠组绑舀第3章可编程控制第3章可编程控制,一、可编程控制器的特点,1、高可靠性 2、灵活性 3、便于改进和修正 4、节点利用率高,节点在程序中可不受限制的使用。 5、丰富的I/O接口 6、模拟调试 7、对现场进行微观监视 8、快速动作 9、梯形图及布尔代数并用 1

8、0、编程简单、使用方便,3.2 可编程控制器的特点、性能指标及分类,语镜音坠撼烤禾晋凹铬奖讣双褂窒粳想客录臃苑蒙霍慧沥襄庶弯颧沛侍介第3章可编程控制第3章可编程控制,3.编程语言:PLC常用的编程语言有梯形图、指令表、流程图和某些高级语言。2、输入/输出点数 ( I/O点数 ):开关量I/O用最大I/O点数表示,模拟量I/O点数则用最大I/O通道数表示。 3、内部继电器的种类和点数 4. 内存容量。(16位二进制数为一个字)5、扫描速度。 单位: ms /1000步 或 s /步 6. 指令条数。(PLC的编程和控制功能) 高功能模块。 工作环境,二、 PLC的主要技术性能指标,柱坑脯没邮挺贷

9、美深乍筷削柞划盗与举榜央档娟赖兜秩圃砾予疟短坪蚜嫡第3章可编程控制第3章可编程控制,三、可编程控制器的分类,1、按结构形式分:整体式和模块式 整体式PLC:将电源、中央处理器、输入/输出部件等集中配置在一起,有的甚至全部安装在一块印刷电路板上 特点:结构紧凑、体积小、质量小、价格低、I/O点数固定,使用不灵活。(小型) 模块式:把电源模板、CPU模板、输入模板、输出模板等插入机架底版上,组装在一个机架内。 特点:配置灵活、装配方便、便于扩展(中型或大型) 2、按输入、输出点数分:大(2048以上)、中(256到2048)、小型(256以下) 3、按功能分:低档机、中档机、高档机,压盘绸缅奎转穗

10、办汹傣誊另策移委翘藻牵斤胖痞解踪鳖蹭豫厩泊袖狼拽址第3章可编程控制第3章可编程控制,传统继电器控制系统称为“硬接线”程序控制系统,在“硬接线”控制系统中,控制功能的改变必须通过修改控制器件和接线来实现。 而可编程控制系统是通过修改PLC的程序来实现的。 可编程控制系统也称之为“软接线”程序控制系统,由硬件和软件两部分组成。,3.3 PLC的基本结构和工作原理,垦氟伏慢灿据荤焉嗓饯褂葱逝港镰莆畅纪哩醛壶组采鸳狱消网嘴泪豁物气第3章可编程控制第3章可编程控制,一、 PLC结构示意图,梁擞钧茬吠娶赃犊变也晤别芦宋彰绎鹤失郡尖砧关蒋串恃戏望奄癸补褐许第3章可编程控制第3章可编程控制,S7系列PLC分为

11、S7-400、S7-300和S7-200等大、中、小(微)三个子系列。 以S7-200系列PLC为例,叙述小型PLC系统的构成 1、 S7-200 系列PLC的构成S7-200小型可编程控制系统由主机(基本单元)、I/O扩展单元、功能单元(模块)和外部设备(文本图形显示器、编程器)等组成。,耪课坛刷珍搭回贪憾检唱滇尹裔蜂格箕砌闺专受纂酉竞缮牡燕渡菱孺肌卸第3章可编程控制第3章可编程控制,CPU 224主机的结构外形,工作方式开关,模拟电位器,I/O扩展接口,工作状态指示和用户程序存储卡,I/O接线端子排及发光指示等。 主机箱体外部的RS-485通讯接口,用以连接编程器(手持式或PC机)、文本图

12、形显示器、PLC网络等外部设备。,母偶半瘴憾堤醇厦荣辫羹佰旬靡斗屋需驾支猴茫众赔辑愿典枝把滚硫记饥第3章可编程控制第3章可编程控制,CPU 224外部电路接线电路图,输入电路采用了双向光电耦合器,24V DC极性可任意选择, 1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。,滦擅织涝酱翰扒朝崖渗触绥挽捆膳农铁担柄剁炎跨巷妙谢柄文匀恤劝土赠第3章可编程控制第3章可编程控制,(2)主机I/O及扩展,吮搂害大隔骋竖嘱钾沽咀祭插腐浸跋适糙救崎矾汪幻务浙询粗仟噎坝样拼第3章可编程控制第3章可编程控制,小型PLC系统由(主机箱)、I/O扩展单

13、元、文本、图形显示器、编程器等组成。,S7-300是模块式的:P6 图1-1,烛懦谅滓婪暇萍炼庐退沮桶程茬享缴睛巡愉稍状判夺极恭节传泼蹬袋欢腺第3章可编程控制第3章可编程控制,二、各组成部分的作用,1、导轨:是安装可编程控制器各类模板的机架,可根据实际需要选择。2、电源模板:用于对PLC内部电路供电,粤障粮剧牟庐卜叭耳你落焦猛蚕冗鸿六庆挽漱特戴缮剪酷辛抬挡搬包否碉第3章可编程控制第3章可编程控制,3. CPU:系统的运算控制核心,(1) 从程序存储器读取程序指令,编译、执行指令。 (2) 将各种输入信号取入。 (3) 把运算结果送到输出端。 (4) 响应各种外部设备的请求。,汝屠蔼闸堪骸巧目籽

14、腥擒淳庭姓爪撩杖滓狸抵情抑甜绊芥轰团裹噬塞好笨第3章可编程控制第3章可编程控制,图4-3 S7-200 CPU的存储区域,4. 存储器,ROM: 存放管理、监控、指令解释等系统管理程序。(用户不能访问和修改该部分内容) RAM: 存放用户编制的控制程序。,汰谅肋烬赠匀翌颊驯竹娱炊稽黄摇蚊油螟械非软措徽讹扮蓝抒所暗菜盔戴第3章可编程控制第3章可编程控制,5. 输入、输出模板: PLC与现场输入/输出元件或设备连接的桥梁;一般PLC均配置I/O电平转换及电气隔离。 输入电压转换是用来将输入端不同电压或电流信号转换成微处理器所能接收的低电平信号; 输出电平转换是用来将微处理器控制的低点平信号转换为控

15、制设备所需的电压或电流信号。 光电隔离在微处理器与I/O回路之间采用的防干扰措施。,这爽沙寺谎罪惹圈栋戴姻蹦星膝镶像凉柞筒贡八泊哺期铲校偷注士挤垒曝第3章可编程控制第3章可编程控制,输出接口作用:将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的电信号,以便控制电磁阀、接触器、接触器线圈等电器通断电;另外输出电路也使主机与外部强电隔离。,输入接口作用:将按钮、行程开关或传感器等产生的信号,转换成数字信号送入主机处理。,输出三种形式: 继电器 交直流输出方式,低速大功率晶闸管 交流输出方式,高速大功率晶体管 直流输出方式,高速小功率,腆舶六猿栏杨嫌润雹狗襄烧发狱繁坏鸵杨像九效枷魄翻彦展奠毗合稚产胺

16、第3章可编程控制第3章可编程控制,(1)输入接口电路:采用光电耦合器,防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流电源,输入端子,PLC,遮掣碎巢曙冷拉祖戌邓攻厨嘴平峪俭拨批晋力社冉宽片贸染兄遵暖吼逢间第3章可编程控制第3章可编程控制,继电器输出,(2)输出接口电路:均采用模块式。,以继电器形式为例:,PLC,挠拭扦买姬邢陵疟核嗅饥参草帘素荫留像荡盘顽足蜗络权歧棕啃虏践然峰第3章可编程控制第3章可编程控制,4. 各种接口、高功能模块:便于扩展。小型机:一体机。有接口可扩展。中、大型机:模块式。可根据需要在主板上随意组合。,微型PLC : 32 I/O小型PLC : 256 I/O 中型

17、PLC : 1024 I/O 大型PLC : 4096 I/O 巨型PLC : 8195 I/O,PLC在90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分,可分为:,跟苍邹抱粤罩翱陶多瀑矮宇没葵再烟呛彭流析残演孙茂骆硒讨泰捕层鸡毒第3章可编程控制第3章可编程控制,猛卒硝垂赞菩环缔卸陌痒巍剖偷谣渠狙档彦局裳哎按酗称渊掐弥听噶鄂矿第3章可编程控制第3章可编程控制,舱惰橱效银趴糟卓肾此笛撩敝鸟泞厘喘资播捅秋港涟省榜谭嚣驮措脱利硼第3章可编程控制第3章可编程控制,编程设备可以是专用的手持式的编程器;也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。,用户可以通过键盘输入和调试程序;另外在运行

18、时,还可以对整个控制过程进行监控。,5. 编程设备,捻搁萄回儿揖检则孕疫急瞻朗胶级诬幻窜瞩晃乾诧橙咕玉撒呆爬窑竞贰基第3章可编程控制第3章可编程控制,CPU:等待命令。,PLC:循环扫描。,三、 PLC的工作原理,即:CPU从第一条指令开始执行,遇到结束符又返回第一条, 不断循环。, PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始,在无中断或跳转的情况下,按存储地址号递增的方向顺序执行用户程序,直到END指令结束。然后再从头开始执行,并周而复始,直到停机或切换到STOP停止状态。,贩谤嘶浴改巢传除袱克锐钠验西拧贾熏署拷荣召随下圭张伯阮伎疼带凝玫第3章可编程控制第3章可编程控制,PLC扫描

19、工作方式,图:PLC扫描过程,PLC扫描过程: 输入采样程序执行输出刷新,惭浸赂泅漓蘑蛾韧泞篆瞻郑侠甸丰雏刺驶胺尖邪添冀跌拜肯袄货凭番挫体第3章可编程控制第3章可编程控制,图4-4 S7-200 CPU的扫描周期,氛拍矫哇子龚士斟兴揩扔吮显再垫贬瞬孺彪霓瓣公纶会涣渗啤驾伊顷怜酶第3章可编程控制第3章可编程控制,PLC控制电机正反转接线图(I),(b)内部寄存器,SB1:正转启动按钮 SB2:反转启动按钮 SB3:停止按钮 KM1:正转接触器 KM2:反转接触器,(a)PLC接口图,(c)梯形图,淘糟纯陆袒介镰滔烦卧回株疯题辈啤窿撮朗锈法箱孜律肉征卑镰乾穆如阂第3章可编程控制第3章可编程控制,P

20、LC控制电机正反转接线图(II),梯形图,指令表,梯形图以指令的形式存储在PLC的用户程序存储器中,其指令表为:,序号 助记符 操作数0 LD I0.01 O Q0.02 AN I0.23 AN Q0.14 = QO.05 LD I0.16 O Q0.1 7 AN I0.2 8 AN Q0.0 9 = Q0.110 END,序号 助记符 操作数Q0.0=(I0.0+Q0.0)/I0.2/Q0.1Q0.1=(I0.1+Q0.1)/I0.2/Q0.0,汤际冰虫喀镜隙相患戳馆只泣坊运成压斑发窟炔琵系铰金簿述沪郡应雾养第3章可编程控制第3章可编程控制,3. 性能稳定可靠,抗干扰能力强。 2. 模块化组

21、合式结构,通用性好,使用灵活方便。 3. 编程简单,便于普及。 4. 可进行在线修改。 5. 网络通讯功能,便于实现分散式测控系统。 与传统的控制方式比较,线路简单。 体积小,重量轻,功耗低。,一、 PLC的优点,3.4 可编程控制器与其他工业控制装置的比较,披绦折鸟虽疼菊舞醉亲整再拆堂蛤俊神食氖螟痹喊摈匈天糊沃茸暴联窄身第3章可编程控制第3章可编程控制,继电器控制系统采用硬接线方式装配而成,一旦生产工艺过程改变,则控制柜必须重新设计。 PLC是通过软件来实现的,只要改变程序并改动少量的接线端子,就可以适应生产工艺的改变。,二、PLC与继电器控制系统的比较,迂业恿鹏碧冻讶编致冠叼咯邀畏愧辗怯般

22、挠自耳崔琅菏忱仆贴菠搁决蔷芒第3章可编程控制第3章可编程控制,三、PLC与集散控制系统的比较 PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来,主要侧重于开关量顺序控制方面; 集散控制系统(DCS)是由单回路仪表控制系统发展而来,主要侧重于回路调节功能。 PLC与集散控制系统的发展越来越近,很多工业生产过程既可以用PLC,也可以用集散控制系统来实现其功能。把PLC系统和DCS系统各自的优势有机地结合起来,可形成一种新型的分布式计算机控制系统。,砒羌览渡哭敛湾怂司掸了霓曼面锭醉陋次宵辩董厂皿嘉橱富度屁砾咽沂壕第3章可编程控制第3章可编程控制,四、PLC与工业控制计算机的比较 工业控制计算机是采用通用计算机实

23、现的一种控制设备,速度快、是实时强,对模型复杂、计算量大的工业对象的控制占优势。 PLC使用技术人员熟悉的梯形图语言编程,易学易懂,便于推广. PLC软件方面的抗干扰措施在监控程序里已经考虑很周全,而工控机用户程序必须考虑抗干扰问题。,守誊瘸叔黄跃舅敦漱煞毅衰扭仇地渝议栗多吁何族母铁戏勿希满舆持错氢第3章可编程控制第3章可编程控制,3. 用于开关量逻辑控制。 用于机械加工的数字控制。 用于机器人控制。 3. 用于闭环过程控制。 4. 用于组成多级控制系统。 5. 数据处理、 通信和联网,3.5 PLC的应用,姐孜诱乖具拍嚏漂豹嗜桥恭供度芭镑允欣占坍其泉狈蛹呕差碌根瞒混理毗第3章可编程控制第3章

24、可编程控制,3.6 PLC的发展趋势,1、网络化 2、多功能 3、高可靠性 4、兼容性 5、小型化简单易用 6、编程语言向高层次发展,帽仑惫馈寸琢跳呕浆蝉啸疹妓跋墙鲜约毫犀匝需庭豹裹淀哈袜铀管毁瑚理第3章可编程控制第3章可编程控制,1、可编程序控制器采用微处理器作为中央处理单元,可以对 进行控制,也可以对 进行控制。,试 题,逻辑量 模拟量,2、PLC具有逻辑运算功能,能够描述继电器触点的 和 等 各种连接。,串联 并联,3、PLC具有 和 功能,完成对模拟量的控制与调节。,模数转换(A/D转换) 数模转换(D/A转换),4、按结构形式分类,PLC可分为 式和 式两种。,整体式 模块式,5、

25、模块是可编程序控制器系统的运算控制核心。,CPU,厦截疯峡伪纹现桥毙筑镑衔亢冕昭酝你绷刊喂菇凛狡旗荣厕作误骑给憨扛第3章可编程控制第3章可编程控制,6、 是安装可编程控制器各类模板的机架,可根据实际需要 选择。,导轨,7、 模板用于对PLC内部电路供电。,电源,8、 是用来将输入端不同电压或电流信号转换成微处理器所能接收的 低电平信号。,输入电压转换,9、输出电平转换是用来将 控制的低电平信号转换为控制设备所需的 电压或电流信号。,微处理器,10、 是在微处理器与I/O回路之间采用的防干扰措施。,电气隔离,衷虑什贸冈肠剪洗袱捐碴硕理疮呀乎仅蚕娠贱讥喜琼盗学康七尾讯嘴忱决第3章可编程控制第3章可

26、编程控制,11、可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的计算机控 制系统,通过 、 的输入和输出完成各种机械生产过程 的控制。,开关量 模拟量,12、PLC可以代替 进行组合逻辑与顺序逻辑控制。,继电器,13、PLC的工作过程一般可分为三个主要阶段 、程序 执行阶段和 。,输入采样阶段 输出刷新阶段,14、可编程序控制器系统也称之为“软接线”程序控制系统, 由 和 两大部分组成。,硬件 软件,徊糖屑泼推立靶少髓缄豫洁扼扇烟誉蓑郧冲耪模冒告妨瞧毒白锥窑郭僧殴第3章可编程控制第3章可编程控制,15、PLC的输入和输出量有 和 两种。,开关量 模拟量,16、PLC可以代替继电器进行 与 控制。

27、,组合逻辑 顺序逻辑,17、PLC重复执行输入采样阶段、 和输出刷新阶段 三个阶段,每重复一次的时间称为一个 。,程序执行阶段 扫描周期,18、把可编程序控制器系统和 系统各自的优势结合起来, 可形成一种新型的分布式计算机控制系统。,集散控制(DCS),惟昆黄曹素绣洗胰秆暇痒抿弹棋涣茫息呈辽谩晾趁爸密摧润把燥且原芽铰第3章可编程控制第3章可编程控制,二、判断题(正确的打,错误的打),1、PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种。开关量I/O用 最大I/O点数表示,模拟量I/O点数用最大I/O通道数表示。 ( ),2、PLC具有模数转换和数模转换功能,完成对逻辑量的控制 与调节。 ( ),3、P

28、LC配置有较强的监控功能,能记忆某些异常情况, 或当发生异常情况时自动中止运行。 ( ),4、传统继电器接触器控制系统的控制功能必须通过修改 控制器件和接线来实现。 ( ),措贞慈株标倚熏颜束容唾盎掣痒牧东租憾赦拟曙业汕巴肆脉提认芜蓑铅横第3章可编程控制第3章可编程控制,5、可编程控制系统的控制功能必须通过修改控制器件和接线来 实现。 ( ),6、输入输出模板必须与CPU模板放置在一起。 ( ),7、集散控制系统由单回路仪表控制系统发展起来,主要侧重于 回路调节功能。,8、PLC的扫描周期因程序的长度不同而不同。 ( ),9、PLC的扫描周期仅取决于程序的长度。 ( ),10、PLC的扫描周期

29、仅取决于CPU模板的运算速度。 ( ),乃辑鹊名硅呼瓢氯私咽颊肢疫痞秘悦枚砷捆兔映彻极酸秋沽缉蛀么葫适幂第3章可编程控制第3章可编程控制,11、PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种。开关量I/O用 最大I/O通道数表示,模拟量I/O点数用最大I/O点数表示。 ( ),12、电气隔离是在微处理器与I/O回路之间采用的防干扰措施( ),13、PLC具有模数转换和数模转换功能,完成对模拟量的控制 与调节。 ( ),氧坷尼败铺奴勉需最幂街睬横淮徐趟淌狼搪遏掩橡硼瞄老蛛诛己妖差漓谚第3章可编程控制第3章可编程控制,14、PLC在一个工作周期中,输入采样和输出刷新的时间一般 为秒级。 ( ),15、工控机应用系统比PLC应用系统可靠性较高。 ( ),16、集散控制系统由单回路仪表控制系统发展起来,主要侧重 于开关量顺序控制方面。 ( ),辱末役拯丽遵戊舌鼓贡雍拷撮曼拜蹿瓢润喻圈牢庙体望阿纱楔狭看砖耳株第3章可编程控制第3章可编程控制,

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