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文档简介

电气自动控制技术12.1常用控制电器12.2

三相异步电动机基本控制电路12.3可编程序控制器12.4可编程序控制器应用举例了解常用低压电器的结构、功能和用途掌握自锁、联锁的作用和方法掌握过载、短路和失压保护的作用和方法4.掌握基本控制环节的组成、作用和工作过程。能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控制电路本章要点5.了解可编程控制器的硬件结构和原理6.了解可编程控制器基本指令和编程方法7.了解可编程控制器的简单应用

应用电动机拖动生产机械,称为电力拖动。利用继电器、接触器实现对电动机和生产设备的控制和保护,称为继电接触控制。

以微型计算机为核心,使用软件编程的方法代替继电器硬件的连接,可以很容易通过改变控制对象的运转程序来改变其控制过程,这种控制为PLC。第12章电气自动控制技术12.1常用控制电器12.1.1

刀开关和熔断器

刀开关是一种结构简单的手动电器,又称闸刀开关。通常用来不频繁地接通或断开容量不大的三相异步电动机、低压供电电路,或作为用电设备与电源分离的隔离开关。(a)外形图(b)电路符号

符号FU熔断器额定电流IN的选择(1)电灯、电炉等电阻性负载IN>IL(3)频繁起动的电机(2)空载启动的电机熔断器用于低压线路中的短路保护。

常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。可实现短路、过载、失压保护。12.1.2自动空气断路器(自动开关)锁钩主触点手动闭合

过流脱扣器

欠压脱扣器衔铁释放自动空气断路器原理图连杆装置释放弹簧12.1.3主令电器(b)结构按钮常用于接通和断开控制电路。按钮的外形图和结构如图所示。按钮开关的外形和结构(a)外形图常闭触点常开触点1、按钮

复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽实现电路自动切换、限位保护和行程控制等。2、行程开关(限位开关)(b)示意图

结构与按钮类似,但其动作要由机械撞击。未撞击撞击(a)外形图ST常开触点常闭触点ST(c)

符号M3~3、

组合开关

组合开关又称转换开关,由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上,用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。右图为用转换开关实现三相电动机起停控制的接线图。交流接触器器的外形图图12.1.4接触器用于远距离离频繁地接接通和断开开交直流电电路及大容容量控制电电路电器。。接触器通常常为三对常常开触点,允许许通过大电电流,常用于主电电路中。接触器结构构线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧接触器工作作原理接触器符号号线圈KM用于主电路路流过的大大电流(需需加灭弧装装置)用于控制电电路流过的的小电流((无需加灭灭弧装置))属于同一器器件的线圈圈和触点用用相同的文文字表示接触器技术术指标:额定工作电电压、电流、触点数目等。动合(常开)主触点KM常用的交流流接触器有有CJ10、CJ12、CJ120等系列。KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM12.1.5热继电器用于电动机机的过载保保护。热继电器外外形与结构构(a)外形(b)结构~发热元件接接入电机主主电路,若若长时间过过载,双金金属片被加加热。因双双金属片的的下层膨胀胀系数大,,使其向上上弯曲,杠杠杆被弹簧簧拉回,常常闭触点断断开。发热元件杠杆工作原理::结构原理图图双金属片常闭触头热继电器结结构和工作作原理热继电器的的符号串联联在在主主电电路路中中串联联在在控控制制电电路路中中常闭触头FR发热元件FR通电电延延时时的的空空气气式式时时间间继继电电器器结结构构示示意意图图常开触头延时闭合常闭触头延时打开常开触头常闭触头线圈通电衔铁向下吸合连杆动作触头动作工作原理:调节螺丝进气孔托板线圈动铁心恢复弹簧挡块释放弹簧活塞杆橡皮膜排气孔12.1.6时间间继继电电器器时间间继继电电器器触触头头类类型型常闭断电后延时闭合常开断电后延时断开通电电延延时时式式瞬时动作延时动作常闭闭触触点点常开开触触点点常开开通电电后后延时时闭闭合合常闭闭通电电后后延时时断断开开断电电延延时时式式继电电接接触触控控制制线线路路由由一一些些基基本本控控制制环环节节组组成成,,下下面面介介绍绍继继电电接接触触控控制制线线路路的的绘绘制制。。在电电工工技技术术中中所所绘绘制制的的控控制制线线路路图图为为原原理理图图,,它它不不考考虑虑电电器器的的结结构构和和实实际际位位置置,,突突出出的的是是电气气原原理理。电器器继继电电控控制制原原理理图图的的绘绘制制原原则则及及读读图图方方法法::1.按国国家家规规定定的的电电工工图图形形符符号号和和文文字字符符号号画画图图2.控制制线线路路由由主主电电路路((被被控控制制负负载载所所在在电电路路))和和控控制电电路路((控控制制主主电电路路状状态态))组组成成3.属同同一一电电器器元元件件的的不不同同部部分分(如如接接触触器器的的线线圈圈和和触点点))按按其其功功能能和和所所接接电电路路的的不不同同分分别别画画在在不不同同的电电路路中中,,但但必须须标标注注相相同同的的文文字字符符号号4.所有有电电器器的的图图形形符符号号均均按按无无电电压压、、无无外外力力作作用用下下的正正常常状状态态画画出出,,即即按按通电电前前的的状状态态绘制制5.与电电路路无无关关的的部部件件((如如铁铁心心、、支支架架、、弹弹簧簧等等))在控控制电电路路中中不不画画出出分析析和和设设计计控控制制电电路路时时应应注注意意以以下下几几点点::1.使控控制制电电路路简简单单,,电电器器元元件件少少,,而而且且工工作作又又要要准准确确可靠靠2.尽可可能能避避免免多多个个电电器器元元件件依依次次动动作作才才能能接接通通另另一一个个电器器的的控控制制电电路路3.必须须保保证证每每个个线线圈圈的的额额定定电电压压,,不不能能将将两两个个线线圈圈串串联熔断器FU交流接触器KM组合开关Q按扭SBSB1SB2热继电器FRM3~12.2三相相异异步步电电动动机机基基本本控控制制电电路路12.2.1直接接起起停停和和点点动动控控制制(a)结构构图图1.直接接起起停停电动动机机的的保保护护短路路保保护护是因短短路电电流会会引起起电器器设备备绝缘缘损坏坏产生生强大大的电电动力力,使使电动动机和和电器器设备备产生生机械械性损损坏,,故要要求迅迅速、、可靠靠切断断电源源。通通常采采用熔断器器FU和过流继继电器器等。欠压是指电电动机机工作作时,,引起起电流流增加加甚至至使电电动机机停转转,失压是指电电源电电压消消失而而使电电动机机停转转,在在电源源电压压恢复复时,,电动动机可可能自自动重重新起起动,,易造造成人人身或或设备备故障障。常常用的的失压压和欠欠压保保护有有:对对接触触器实实行自锁;用低电压压继电电器组成失失压、、欠压压保护护。过载保保护是为防防止三三相电电动机机在运运行中中电流流超过过额定定值而而设置置的保保护。。常采采用热继电电器FR保护,,也可可采用用自动开开关和电流继继电器器保护。。2.既能长长期工工作又又能点点动的的控制制电路路按下起起动按按钮SB2,电动动机运运转,,松开开起动动按钮钮,,电动动机停停转。。点动按按钮SB3的作用用:(1)使接接触器器线圈圈KM通电;;(2)使线线圈KM不能自自锁。。KMSB2FRKMSB1~SB3复合按按钮2.既能长长期工工作又又能点点动的的控制制电路路KMSB2FRKMSB1~SB3后闭合合先断开开按下SB3闭合电机运运转点动时时:自锁触触点不不起作作用通电KMSB2FRKMSB1~SB3先断开开后闭合合断开断电2.既能长长期工工作又又能点点动的的控制制电路路松开SB32.既能长长期工工作又又能点点动的的控制制电路路松开SB3电机停停转实现点点动用途:试车、、检修修以及及车床床主轴轴的调调整等等。KMSB2FRKMSB1~SB3先断开开后闭合合断开断电12.2.2正反转转和行行程控控制将电动动机接接到电电源的的任意意两根根线对对调一一下,,即可可使电电动机机反转转。需要用用两个个接触触器来来实现现这一一要求求。当正转转接触触器工工作时时,电电动机机正转转;当反转转接触触器工工作时时,将将电动动机接接到电电源的的任意两根根联线线对调调一下下,电电动机机反转转。1.正反转转按下SBFSBKMF在同一一时间间内,,两个个接触触器只只允许许一个个通电电工作作的控控制作作用,,称为为“联锁”。“联锁””触点点利用接接触器器的触触点实实现联联锁控控制称称电气联联锁。缺点::改变转转向时时必须须先按按停止止按钮钮。。解决措措施:在控控制电电路中中加入入机械械连锁锁。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.....通电断开断电电机正转闭合机械联锁电气联锁利用复复合按按钮的的触点点实现现联锁锁控制制称机械联联锁。鼠笼式式电动动机正正反转转的控控制线线路KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMRKMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR当电机机正转转时,,按下反反转按按钮SBR先断开开断电闭合通电断开停止正转闭合闭合电机反反转2.行程控控制自动往往返运运动::1.能正向向运行行也能能反向运行行2.到位后后能自自动返返回行程控控制::控制某某些机机械的的行程程,当当运动动部件件到达达一定定行程程位置置时利利用行行程开开关进进行控控制。STaSTb电机正程限位开关STaSTb逆程STaSTb前进(正转)后退12按SBF时KMF通电(其常常闭断断开,,常常开闭闭合))KMF断电KMR通电自动往往返运运动::电机正转工作台前进到达预定位置,挡块1撞击STbSBKMRSBFKMFKMFKMRSTbSTaKMFKMRSBR停止正转

电机反转(工作台后退)正反转转控制制线路路3~MFRFUQ......KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR下图所所示的的鼠笼笼式电电动机机正反反转控控制线线路中中有几处处错误误,请请改正正之。。KM1FUQKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通电闭合再按SB2闭合通电闭合闭合1.控制顺顺序::M1起动后后M2才能起起动。。M2既不能能单独独起动动,也也不能能单独独停车车。M1转动12.2.3时间和和顺序序控制制M2转动....KMFUQFR电机绕组U1U2V1V2W1W2KM-YU1V1W1U2W2YV2W2V1V2U2W1U1KM-主电路路电机的的Y-起动动KM-Y闭合,,电机机接成成Y形;KM-闭合,,电机机接成成形形。KMFUQFRU1U2V1V2W1W2KM-YKM-KT主电路接通电源延时KM-KM-YY转换完成SB2

KMKTKM-YKM-KM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KTKM-KMSB1SB2KMY-起动控制电路FR~KM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1例:两条皮皮带运运输机机分别别由两两台鼠鼠笼异异步电电动机机拖动动,由由一套套起停停按钮钮控制制它们们的起起停。。为避避免物物体堆堆积在在运输输机上上,要要求电电动机机按下下述顺顺序起起动和和停止止:起动时时:M1起动后后M2才能起起动;;停车时时:M2停车后后M1才能停停车。。应如如何实实现控控制??起动:通电通电闭合闭合SBKM1FR1KM2SBKM2FR2KM1停止::断电断电断开断开继电器器、接接触器器控制制电路路读图图和设设计中中应注注意的的问题题:1、首先先了解解工艺艺过程程及控控制要要求;;2、搞清清控制制系统统中各各电机机、电电器的的作用用以及及它们们的控制关关系;;3、主电电路、、控制制电路路分开阅阅读或或设计计;4、控制制电路路中,,根据据控制制要求求按自上而而下、、自左左而右的顺序序进行行读图图或设设计;;5、同一个个电器器的所有有线圈圈、触触头不不论在在什么么位置置都叫相同的的名字字;6、原理理图上上所有有电器器,必必须按按国家家统一一符号号标注注,且均按按未通电电状态态表示;;7、继电电器、、接触触器的的线圈圈只能能并联,不能能串联联;8、控制制顺序序只能能由控控制电电路实实现,,不能能由主主电路路实现现。电器符符号标标注刀闸熔断器器按钮接触器器热继电电器行程开开关时间继继电器器中间继继电器器QFUSBKMFRSTKTKA12.3可编程程序控控制器器1、定义义可编程程控制制器是一种种数字字运算算的电电子操操作系系统装装置,,专为为工业业现场场应用用而设设计。。其采采用可可编程程序的的存储储器,,在其其内部部存储储执行行逻辑辑运算算、顺顺序控控制、、定时时/计数和和算术术运算算等,,通过过数字字或模模拟式式的输输入和和输出出,控控制各各种类类型的的机械械或生生产过程程。2、发展展20世纪60年代,,美国国通用用汽车车公司司为适适应汽汽车型型号不不断翻翻新需需要,,对生生产线线上的的控制制设备备提出出的新新要求求,研研制了了第一一台可可编程程控制制器,,通过过改变变存储储在里里面的的指令令来改改变生生产线线的控控制流流程,,提供供了继继电器器控制制系统统无法法比拟拟的灵灵活性性。但但该时时期的的可编编程序序控制制器代代替了了继电电器系系统可可完成成各种种顺序序控制制,虽虽采用用了计计算机机的设设计思思想,,实际际只能能进行行逻辑辑运算算,故故称可可编程程逻辑辑控制制器,,简称称PLC(Prog-rammableLogicalController)。20世纪80年代,,随着着微电电子技技术和和计算算机技技术的的发展展,PLC的功能能已远远超出出逻辑辑控制制、顺顺序控控制范范围,,可进进行模模拟量量、位位置控控制,,以及及可实实现远远程通通讯、、柔性性加工工和制制造系系统等等功能能,故故称其其为可可编程程控制制器(ProgrammableController)简称PC。为了了与个个人电电脑PC区别,,仍将将其称称为PLC。PLC已被称称为现现代工工业控控制的的主要要三大大支柱柱(PLC、机器器人和和CAD/CAM)之一。目前,,PLC已广泛泛应用用于冶冶金、、矿业业、机机械、、轻工工等领领域,,加速速了机机电一一体化化的进进程。。各种类类型的的PLC中、大大型PLC的结构构外型型,它它通常常采用用积木木式结结构,,可以以根据据需要要将各各种标标准模模块进进行搭搭接,,常用用的模模块有有电源模模块、、CPU模块、、输入入模块块、输输出模块块以及各各种特殊模模块中、大大型PLC的结构构外型型各种PLC的具体体结构构虽然然多种种多样样,但但其结结构和和工作作原理理大同同小异异,都都是以以微处处理器器为核核心的的电子子电气气系统统。PLC各种功功能的的实现现,不不仅基基于其其硬件件的作作用,,而且且要靠靠其软软件的的支持持。PLC内部主主要由由主机机、输输入/输出接接口、、电源源、编编程器器、扩扩展接接口和和外部部设备备接口口等几几部分分组成成。12.3.1组成工工作原原理一、组组成模拟量输入行程开关继电器触点各种开关传感器CPUROM、RAM电源部件输出接口输入接口外设接口照明电磁装置执行机构采用光电隔离装置编程器打印机计算机继电器、可控硅、晶体管电路1、主机机CPU是PLC的核心心,一一切逻逻辑运运算及及判断断都是是由其其完成成的,,并控控制所所有其其它部部件的的操作作。它它就是是我们常常说的的电脑脑芯片片(1)运行用户程序(2)监控输入/输出接口状态(3)作出逻辑判断和进行数据处理主机部部分包包括中中央处处理器器(CPU)、系系统程程序存存储器器和用用户程程序及及数据据存储储器系统程序序存储器器主要存放放系统管管理和监监控程序序及对用用户程序序作编译译处理的的程序。。系统程程序已由由厂家固固定,用用户不能能更改用户程序序及数据据存储器器主要存放放用户编编制的应应用程序序及各种种暂存数数据、中中间结果果内部存储储器其有两类类,一类类是系统统程序存存储器,,另一类类是用户户程序及及数据存存储器2、输入/输出(I/O)接口输入接口口用于接收收输入设设备(如如:按钮钮、行程程开关、、传感器器等)的的控制信信号输出接口口用于将经经主机处处理过的的结果通通过输出出电路去去驱动输输出设备备(如:接触器、、电磁阀阀、指示示灯等))3、电源电源指为CPU、存储器器、I/O接口等内内部电子子电路工工作所配配备的直直流开关关稳压电电源4、编程器器编程器是重要的的外部设设备,主主要由键键盘、显显示器组组成。小小型PLC常用简易易编程器器,大、、中型PLC多用智能能编程器器。目前前许多PLC采用和计计算机联联接,并并利用专专用的工工具软件件进行编编程或监监控液晶显示屏控制键模式键指令参数键6、外部设设备接口口I/O扩展接口口用于将扩扩充外部部输入/输出端子子数扩展展单元与与基本单单元(即即主机))联接在在一起5、输入输输出扩展展接口此接口可可将编程程器、打打印机、、条形码码扫描仪仪等外部部设备与与主机相相连电源模块块CPU模块IO模块底板输入端子输入信号灯输出端子输出信号灯

编程电缆运行开关

电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯扩展端口锂电池二、工作作原理PLC采用“顺序扫描描、不断断循环”工作方方式,这这个过程程分为输入采样样,程序序执行、、输出刷刷新三个阶段段,整个个过程扫扫描并执执行一次次所需的的时间称称为扫描周期期输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样样程序执行行输出刷新新一个扫描周期位(点)号(0-15)××

通道号(寄存器号)×××寄存器采采用5位阿拉伯伯数码寻寻址三、PLC主要技术术性能((OMRON)主要介绍绍OMRON(欧姆龙龙)C系列-CMP1A1、I/O点数(本本体40点,可外外加扩展展)点数地地址输入点数数24点00000~0001100100~00111输出点数数16点01000~0100701100~01107指PLC输入/输出点数数比为6:4,即输入入点数24;输出点点数162、控制方式

存储程序方式用来衡量量PLC所能存储储用户程程序的多多少6、扫描速速度指扫描1000步用户程程序所需需的时间间,以ms/千步为单单位7、指令系系统条数数指PLC具有的基基本指令令和高级级指令的的种类和和数量。。种类数数量越多多,软件件功能越越强3、编程语语言梯形图方方式4、指令种种类基本指令令14种,应用用指令77种5、存储容容量CMP1APLC的数据区区通道号号分配表表

HR00-19CH区域名称通道号

输入/输出继电器

000-009CH/010-019CH

内部辅助继电器区

200-231CH

特殊继电器区

SR

232-255CH

暂存继电器区

TR

RT0-TR7(只有8位)

保持继电器区

HR

辅助存储继电器区

AR

AR00-15CH

链接继电器区

LR

LR00-15CH

定时器继电器

TIM

TIM000-127CH

计数器继电器

CNT

CNT000-127CH四、PLC主要特点点1、可靠性性高,抗抗干扰能能力强由于采用用大规模模集成电电路和微微处理器器,使系系统器件件数大大大减少,,并且在在硬件的的设计和和制造的的过程中中采取了了一系列列隔离和和抗干扰扰措施,,使它能能适应恶恶劣的工工作环境境,具有有很高的的可靠性性2、编程简简单,使使用方便便采用梯形形图语言言编程,,易于编编程,且且指令较较少,容容易记忆忆,PLC具有完善善的自断断功能,,维修可可采用插插入式模模块,非非常方便便3、通用性性好,具具有在线线修改能能力PLC硬件采用用模块化化结构,,可灵活活地组态态以适应不同同控制对对象,控控制规模模和控制制功能的的要求,,且可通通过修改改软件,,来实现现在线修修改的能能力,因因此其功能能易于扩扩展,具具有广泛泛的工业业通用性性4、体积小小、重量量轻、功功耗低PLC体积小,,结构紧紧凑,可可装入机机械设备备内部,具有有较强的的环境适适应性和和抗干扰扰能力,,因此是实现机机电一体体化的理理想控制制设备1.块与指令:ANDLD

梯形图:块1“与”块2功能:两个程序块(触点组)的串联2.块或指令:ORLD

梯形图:

块1“或”块2功能:两个程序块(触点组)的并联12.3.2程序设计计方法一、可编编程控制制器的基基本指令令3.定时器指指令:TIMTIMN梯形图:

(1)相当于于时间继继电器,,精度为为0.1秒,电源源掉电时时,定时时器复位位,即定定时器无无掉电保保护功能能(2)在一段段程序中中与计数数器不能能重复使使用(3)在一段段程序中中编号不能能重复使使用TIMN(N定时器编编号:000-127)#XXXX(设置值为为#0000-#9999)4、计数器器指令::CNT

CP

R梯形图:

CNTN#XXXX(N计数器编编号:000-127)(#XXXX立即数::#0000-9999)(1)计数器器与定时时器注意意事项同同上(2)和(3)(2)计数器器来一脉脉冲,计计数器减减值1,减至零零时,产产生输出信信号二、可编编程控制制器的编编程方法法同其它电电脑装置置一样,,PLC的操作是是依其程程序操作作进行的的,而程程序是用用程序语语言表达达,且表表达的方方式多种种多样,,不同的的生产厂厂家,不不同的机机种,采采用的表表达方式式不同,,但基本本上可归归纳为梯形图语言语句表语言布尔代数语言流程图语言目前常用1、梯形图图是在继电电控制系系统电气气原理图图基础上上开发出出来的一一种图形形语言。。它继承承了继电电器接点点、线圈圈、串联联、并联联等术语语和类似似的图形形符号,,具有形象象、直观观、实用用的特点点,不需学学计算机机专业知知识,电电气技术术人员使使用最方方便,符号对比比如表所所示常开接点常闭接点线圈继电器控制符号梯形图符号元件符号(1)梯形图中中的继电电器并不不一定是是物理继继电器,,每个继继电器或或输入接接点各为为存储器器中的一一位,相相应位为为“1”态,表示示继电器器线圈通通电或常常开触头头闭合,,或常闭闭触头断断开(2)梯形图中中流过的的电流不不是物理理电流,,而是概概念电流流,是程程序执行行的形象象表示方方式梯形图和和助记符符语言是是PLC中最常用用的编程程语言,,学习中中应注意意以下概概念注意事项项(4)只有PLC中的物理理继电器器才能驱驱动实际际负载,,其它继继电器只只能作一一种逻辑辑来使用用,故称称为“软软继电器器”(3)梯形图图中的继继电器接接点在编编写用户户程序时时(即作作为逻辑辑接点))可根据据需要在在梯形图图中反复复使用,,没有数数量限制制,既可可用常开开也可用用常闭2、梯形图图编程原原则(1)PLC编程元件件的触点点在编程程过程中中可以无无限次使使用,每每个继电电器的线线圈在梯梯形图中中只能出出现一次次,它的的触点可可以使用用无数次次(2)梯形图的的每一逻逻辑行皆皆起始于于左母线线,终止止于线圈圈。线圈圈总是处处于最右右边,而而且不能能有触点点,线圈圈不能直直接与左左边母线线相连(3)编制梯形形图时,,应尽量量做到““上重下下轻、左左重右轻轻”不合理合理不合理合理3、梯形图图编程方方法(1)确定I/O点数及分分配(2)编制梯形形图和指令语句句表(5)程序以END指令结束束,程序序的执行行是从第第一个地地址到END指令结束束,在调调试的时时候,可可以利用用这个特特点将程程序分成成若干个个块,进进行分块块调试,,直至程程序全部部调试成成功(4)两个或两两个以上上的线圈圈可以并并联,但但不可以以串联000000100001001FRKMFUQ3~MSB1KMSB2FRKM主电路控制电路例1、三相异步步电动机机直接起起动控制制电路PLC的输入/输出接线图ENDPLC控制电路梯形图4、指令语语句表(1)指令语语句表和和计算机机汇编语语言很相相似(2)编程的的方式是是用PLC指令助记记符按控控制要求求组成语语句表(3)梯形图图和语句句表之间间可以相相互转换换例1直接起动动控制

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