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文檔簡介

實(shí)用文檔自控系統(tǒng)及PLC綜合實(shí)習(xí)報(bào)告一、前緒從12月6日至12月17日我們進(jìn)行了為期兩周的校內(nèi)實(shí)習(xí),本次實(shí)習(xí)在電信樓一樓PLC實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。其實(shí)我們學(xué)校的這些設(shè)備還是與生產(chǎn)線上的實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備很接近,所以本次實(shí)習(xí)總體收獲很大。二、實(shí)習(xí)目的1、掌握可編程序空制器的操作方法。2、熟悉基本指令與應(yīng)用指令以及實(shí)習(xí)設(shè)備的使用方法。3、掌握變頻器主要參數(shù)設(shè)置。4、掌握PC機(jī)、PLC和變頻器之間的通信技術(shù)。5、掌握WinCC組態(tài)軟件的使用。6、理論聯(lián)系實(shí)際提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。三、實(shí)習(xí)要求1、將變頻器和PLC通過導(dǎo)線進(jìn)行連接。通過變頻器的控制面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。根據(jù)I/O的定義,編寫PLC程序,實(shí)現(xiàn)通過操作面板控制交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng),停止,正反轉(zhuǎn)切換,并監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的故障和運(yùn)行狀態(tài)。2、做WinCC與PLC相連,實(shí)現(xiàn)在WinCC上對(duì)變頻器的監(jiān)控。除了控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng),停止,正反轉(zhuǎn)切換,監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的故障和運(yùn)行狀態(tài)外,還要在WinCC畫面上進(jìn)行頻率給定以及對(duì)實(shí)際頻率的監(jiān)視。四、實(shí)習(xí)方法1、通信方式:通過MPI通信實(shí)現(xiàn)。2、控制方式有兩種:(1)本地的操作面板控制。(2)遠(yuǎn)程的WinCC畫面監(jiān)控。五、實(shí)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)原理性知識(shí)變頻器工作原理變頻器的作用變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù),得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值,因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場的周期,達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn),使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡單化,用變頻器+交流鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組合替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作,縮小了體積,降低了維修率,使傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到新階段。變頻器的組成變頻器通常分為4部分:整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。a、整流單元將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。b、高容量電容存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的電能。c、逆變器由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān),將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。d、控制器按設(shè)定的程序工作,控制輸出方波的幅度與脈寬,使疊加為近似正弦波的交流電,驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。變頻器的控制方式變頻器的控制方式可采用恒壓頻比控制方式,也可采用矢量控制方式,具體的控制方式由參數(shù)P100進(jìn)行設(shè)置。恒壓頻比控制方式:該控制方式,控制電路簡單,成本較低,但系統(tǒng)性能不高,響應(yīng)慢,尤其是低頻時(shí)存在轉(zhuǎn)矩低的問題,要適當(dāng)提高定子電壓以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。矢量控制方式:該控制方式是經(jīng)過坐標(biāo)變換將定子電流進(jìn)行電壓分解,將直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)相等效,按照直流電動(dòng)機(jī)的控制策略,再通過坐標(biāo)反變換來控制異步電動(dòng)機(jī),具有較好的動(dòng)態(tài)性能。(二)繼電器工作原理繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路),通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中,它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會(huì)流過一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開觸點(diǎn))吸合。當(dāng)線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))釋放。這樣吸合、釋放,從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。(三)S7-300系列PLC工作原理S7-300是一種通用型的PLC,其具有模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點(diǎn),這使得它能適應(yīng)自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場合,執(zhí)行各種控制任務(wù),因此其在實(shí)踐中成為一種既經(jīng)濟(jì)又可靠的控制裝置。其主要模塊為電源和CPU,我們本次實(shí)習(xí)所用的PLC為CPU314C-2DP,其中集成了數(shù)字量輸入/輸出和模擬量輸入/輸出。CPU功能是:執(zhí)行用戶程序;為S7-300背板總線提供5V電源;在MPI網(wǎng)絡(luò)中,通過MPI與其他MPI網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。數(shù)字量輸入模塊用于連接外部的機(jī)械觸點(diǎn)和電子數(shù)字式傳感器。數(shù)字量輸入模塊將從現(xiàn)場傳來的的外部數(shù)字信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的信號(hào)電平。輸入電路中一般設(shè)有RC濾波電路,以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤輸入信號(hào),輸入電流一般為數(shù)毫安。數(shù)字量輸出模塊用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小功率電動(dòng)機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等負(fù)載。數(shù)字量輸出模塊將S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號(hào)電平,同時(shí)有隔離和功率放大作用。本實(shí)習(xí)中所使用的輸入輸出模塊有兩個(gè)。六、實(shí)習(xí)內(nèi)容通過MPI通信硬件接線首先應(yīng)該明白整個(gè)控制過程PLC—變頻器—異步電動(dòng)機(jī),檢測過程異步電動(dòng)機(jī)—變頻器—PLC(1)控制電動(dòng)機(jī)的起停,正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn),速度給定,我們組設(shè)計(jì)方案如下表所示:表1控制方式設(shè)計(jì)表PLC(輸出)變頻器(輸入)功能Q0.0數(shù)字量7數(shù)字量起動(dòng)AO1V模擬量(1)15模擬量(1)頻率給定COM16Q0.1數(shù)字量8數(shù)字量正轉(zhuǎn)Q0.2數(shù)字量9數(shù)字量反轉(zhuǎn)(2)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行和故障狀態(tài)的檢測以及其頻率的反饋,我們組設(shè)計(jì)方案如下表所示:表2檢測方式設(shè)計(jì)表變頻器(輸出)PLC(輸入)功能3數(shù)字量I0.0數(shù)字量運(yùn)行狀態(tài)4數(shù)字量I0.1數(shù)字量故障狀態(tài)19模擬量(1)AI1V模擬量(1)頻率反饋20AI1C(3)變頻器與PLC之間地和電源的接線PLC的輸入輸出模塊2的第1個(gè)管腳(電源)與變頻器第1個(gè)管腳的+24V相連,PLC的輸入輸出模塊2的第20個(gè)管腳(地)與變頻器的第1個(gè)管腳-24相連,由于要構(gòu)成回路,繼電器常開觸點(diǎn)的另一端線號(hào)為24V-,與變頻器的電源端子1相連(注意:輸入輸出模塊2右側(cè)前八個(gè)數(shù)字量Q0.0—Q0.7輸出經(jīng)過了繼電器隔離。操作面板上的八個(gè)指示燈與這些繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)相連,我們用的繼電器是Q0.0—Q0.7所對(duì)應(yīng)的,所以變頻器的端子1一定要接到Q0.0—Q0.7中任意一個(gè)24V-對(duì)應(yīng)的接口上,否則變頻器與PLC之間無法接通)。(4)變頻器及電動(dòng)機(jī)部分接線電網(wǎng)來的三相交流電,首先經(jīng)過斷路器,然后連接變頻器輸入端,變頻器輸出端連接交流電動(dòng)機(jī)的定子,給交流電動(dòng)機(jī)供電。變頻器插槽上插有CUVC電子板以及CBP2通信板。其中變頻器的輸入輸出端子,引到接線柜的第一排黃色端子排上。(5)PC機(jī)和PLC之間接線PC機(jī)和PLC之間通過MPI電纜連接。一端插在臺(tái)式機(jī)的CP5611卡上,另一端插在PLC的MPI口上。變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器參數(shù)設(shè)置主要包括4個(gè)方面:參數(shù)恢復(fù)到工廠設(shè)置工廠設(shè)置是裝置所有參數(shù)被定義的初始狀態(tài),裝置在這個(gè)設(shè)置下進(jìn)行供貨。簡單應(yīng)用參數(shù)的設(shè)置簡單應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置常用于已準(zhǔn)確了解了裝置的應(yīng)用條件且無需測試以及需要相關(guān)擴(kuò)展參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充的情況。專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置專家應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置經(jīng)常用于事先不能確切了解裝置的使用條件且具體的參數(shù)調(diào)整必須在本機(jī)上完成的情況。變頻器和PLC之間連接的參數(shù)設(shè)置在設(shè)置第四種參數(shù)之前我們對(duì)前三種參數(shù)也進(jìn)行了一一設(shè)置,參考實(shí)習(xí)指導(dǎo)書了解了每個(gè)參數(shù)的意義。如P100=3,P100表示輸入開/閉環(huán)控制類型,其值為3表示選擇的是無編碼器的矢量控制方式。若其P100=4,則表示有編碼器的矢量控制方式,由于編碼器測量不準(zhǔn),本次實(shí)習(xí)選擇P100=3為變頻器的控制方式。還有如P368等重要的參數(shù)意義。我們本次實(shí)習(xí)時(shí)根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案,對(duì)PLC和變頻器之間的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了如下設(shè)置:P60=7讀取/隨意存取。P368=1選擇設(shè)定值和命令源為端子排上模擬量/數(shù)字量輸入。選擇具體的設(shè)定值、命令源P554.1=18為ON/OFF1控制,選擇數(shù)字量輸入5(對(duì)應(yīng)變頻器X101的端子7)P443=11為速度給定,選擇模擬量輸入(對(duì)應(yīng)變頻器X102端子15、16)P571.1=20為正轉(zhuǎn)使能控制,選擇數(shù)字量輸入6(對(duì)應(yīng)變頻器X101的端子8)P572.1=22為反轉(zhuǎn)使能控制,選擇數(shù)字量輸入7(對(duì)應(yīng)變頻器X101的端子9)默認(rèn)P640.1=148為模擬量輸出,設(shè)置為n/f(act)[頻率反饋]P651=104為數(shù)字量輸出1(對(duì)應(yīng)X101的端子3),設(shè)置為運(yùn)行。P652=107為數(shù)字量輸出2(對(duì)應(yīng)X101的端子4),設(shè)置為無故障。P60=6寫入(轉(zhuǎn)入“Download”狀態(tài))。P60=1返回到參數(shù)菜單注意:進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)一定要和自己的設(shè)計(jì)方案相對(duì)應(yīng),端子不一樣,許多參數(shù)肯定不能一樣,否則不能達(dá)到預(yù)期的效果。還有在變頻器面板上進(jìn)行參數(shù)輸入時(shí)一定要注意參數(shù)值和標(biāo)號(hào)之間的區(qū)別與轉(zhuǎn)換,以防出錯(cuò)。通過本地操作面板實(shí)現(xiàn)監(jiān)控編寫SETP7程序,使用本地的操作面板對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。在編寫程序之前一定要先弄清楚開關(guān)、指示燈與PLC之間輸入輸出關(guān)系,以達(dá)到預(yù)期的控制效果。L1~L8對(duì)應(yīng)PLC的Q0.0~Q0.7,通過8個(gè)隔離繼電器進(jìn)行隔離,用它們的常開觸點(diǎn)開關(guān)進(jìn)行控制。SB1~SB8對(duì)應(yīng)PLC的I2.0~I2.78個(gè)輸入,這8個(gè)輸入沒有經(jīng)過繼電器隔離。SEP7程序的主要設(shè)計(jì)步驟:新建項(xiàng)目。新建文件,取一個(gè)名稱,選擇路徑。硬件組態(tài)。插入S7-300站點(diǎn),然后進(jìn)入硬件組態(tài)窗口,組態(tài)機(jī)架、電源和CPU等等。設(shè)置MPI連接。設(shè)置CPU的連接屬性為MPI連接,進(jìn)行連接測試。(4)地址的設(shè)置。組態(tài)后默認(rèn)數(shù)字量輸入/輸出的起始地址為124,可以將其修改為0,以便和實(shí)際地址相對(duì)應(yīng)。(5)建立符號(hào)表。給變量起符號(hào)名,以便于理解和維護(hù)。根據(jù)我們組的設(shè)計(jì)方案,建立的符號(hào)表如下表所示:符號(hào)名地址數(shù)據(jù)類型注釋reverseQ0.2BOOL反轉(zhuǎn)forwardQ0.1BOOL正轉(zhuǎn)startQ0.0BOOL起動(dòng)runIndicatorQ0.3BOOL運(yùn)行指示燈faultIndicatorQ0.4BOOL故障指示燈setpointPQW752WORD輸出頻率給定actualPIW752WORD變頻器頻率反饋reverseButtonI2.2BOOL反轉(zhuǎn)按鈕stopButtonI2.1BOOL停止按鈕startButtonI2.0BOOL起動(dòng)按鈕forwardButtonI2.3BOOL正轉(zhuǎn)按鈕runStateI0.0BOOL變頻器的運(yùn)行狀態(tài)faultStateI0.1BOOL變頻器的故障狀態(tài)表3PLC程序符號(hào)表下載與調(diào)試將S7-300站下載到PLC中。在硬件組態(tài)的DI24/DO16中,將Q0.0(起動(dòng))和Q0.1(正轉(zhuǎn))右側(cè)的ModifyValue修改變量值按鈕,使其強(qiáng)制修改變量的值生效。使變頻器啟動(dòng)。右擊硬件組態(tài)中的AI5/AO2,選擇Monitor/Modify,點(diǎn)擊Monitor監(jiān)視復(fù)選框,將PQW752的值修改為最大值27648對(duì)應(yīng)50Hz。修改變量,設(shè)置其頻率給定為50Hz。程序設(shè)計(jì)由于做WinCC畫面控制時(shí)將程序中部分值修改,但是只要把相應(yīng)的地址變量名進(jìn)行修改就可以進(jìn)行本地操作面板對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。具體程序參見WinCC后面相關(guān)程序。將程序進(jìn)行下載監(jiān)控,實(shí)際對(duì)操作面板進(jìn)行操作,控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),停止,正反轉(zhuǎn)切換和頻率給定等。檢測電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行、故障以及其實(shí)際的頻率值等。注意:在用SETP7程序進(jìn)行本地操作面板對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí),其實(shí)遇到了很多問題,剛開始在PC機(jī)與PLC進(jìn)行連接通信時(shí),由于我們電腦的CP5611通信卡松了,無法連接,所以無法對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制,重新安裝了一遍才達(dá)到了效果。在進(jìn)行程序下載時(shí)一定要從最外面300站點(diǎn)開始下載,否則就下載不到PLC中去。每一次對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過一次控制后,后來如果需再次對(duì)其進(jìn)行控制操作,一定要對(duì)PLC進(jìn)行復(fù)位后,重新下載程序,再進(jìn)行操作。4、通過WinCC畫面實(shí)現(xiàn)監(jiān)控用WinCC畫面進(jìn)行監(jiān)控的主要步驟如下:編寫遠(yuǎn)程WinCC控制的SETP7程序要實(shí)現(xiàn)用WinCC進(jìn)行監(jiān)控,可以通過中間變量M,也可以用DB塊來實(shí)現(xiàn),我們實(shí)習(xí)中用的是通過中間變量實(shí)現(xiàn)的。在編寫程序前首先要建立中間變量的符號(hào)表,我們根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案建立的符號(hào)表如下圖所示:相應(yīng)的STEP7程序如下圖所示:新建WinCC項(xiàng)目添加驅(qū)動(dòng)程序和建立MPI連接添加SIMATICS7ProtocolSuit驅(qū)動(dòng)程序,在MPI下建立新的驅(qū)動(dòng)程序的連接。設(shè)置連接屬性,將插槽號(hào)設(shè)置為2。在MPI下建立變量在WinCC中建立的變量地址要和7中的變量地址相同,才能進(jìn)行連接,根據(jù)我們組的設(shè)計(jì)方案,建立如下的變量 在圖形編輯器中新建畫面在畫面中主要使用按鈕、圓、I/O域、靜態(tài)文本。根據(jù)設(shè)計(jì)方案,我們?cè)O(shè)計(jì)的WinCC畫面如下圖所示:畫面中各個(gè)模塊功能如下所述:按鈕用于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)切換。在按鈕事件下:按左鍵處選擇直接連接對(duì)話框,在其中的源中點(diǎn)擊常數(shù),輸入1,目標(biāo)中選擇起動(dòng)變量srart。類似地在釋放左鍵處選擇源中為常數(shù)0,目標(biāo)中同樣選擇起動(dòng)變量srart。同樣建立停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)按鈕。圓表示故障和運(yùn)行指示燈。在圓的背景顏色處,選擇動(dòng)態(tài)對(duì)話框,選擇布爾型,在表達(dá)式/公式處選擇故障狀態(tài)變量fault_state。在是/真處選擇背景顏色紅色。同樣,制作運(yùn)行狀態(tài)的指示燈,選擇綠色背景色。I/O域用于頻率給定。建立浮點(diǎn)數(shù)IEEE754內(nèi)部變量與頻率給定的輸入/輸出域相關(guān)聯(lián)。建立的相應(yīng)的內(nèi)部變量如下圖所示:在輸入/輸出域的鍵盤釋放處建立C動(dòng)作。將輸入0-50Hz范圍內(nèi)的頻率給定值在(浮點(diǎn)數(shù)),對(duì)應(yīng)內(nèi)部變量,轉(zhuǎn)化到0-27648(無符號(hào)16位數(shù))范圍的數(shù),通過模擬量輸出端子輸出,具體的C動(dòng)作程序如下圖所示:I/O域用于頻率反饋。在用于頻率反饋的I/O域的輸出值動(dòng)態(tài)處建立C動(dòng)作,將接收到的有符號(hào)16位數(shù)(最大值27648),轉(zhuǎn)化成實(shí)際的頻率值。具體的C動(dòng)作程序如下圖所示:靜態(tài)文本用于表示故障、運(yùn)行、頻率給定和頻率反饋。(6)設(shè)置窗口屬性主要設(shè)置啟動(dòng)畫面,將WinCC組態(tài)軟件打開后,點(diǎn)擊其左側(cè)瀏覽窗口中的計(jì)算機(jī),用鼠標(biāo)右擊右側(cè)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)名稱,選擇屬性,出現(xiàn)窗口屬性設(shè)置對(duì)話框。在窗口屬性對(duì)話框中,在圖形運(yùn)行系統(tǒng)選項(xiàng)卡下,選擇啟動(dòng)畫面和設(shè)置窗口屬性,在窗口屬性中設(shè)置窗口屬性,可設(shè)置為標(biāo)題、最大化和最小化。運(yùn)行運(yùn)行WinCC程序,出現(xiàn)如上圖所示設(shè)計(jì)的WinCC畫面,點(diǎn)擊起動(dòng),頻率上顯示0.000。在頻率給定處輸入頻率值,電動(dòng)機(jī)以該頻率運(yùn)行,在頻率反饋處顯示電動(dòng)機(jī)的實(shí)際頻率。在運(yùn)行過程中點(diǎn)擊我們所設(shè)計(jì)的按鈕,電動(dòng)機(jī)就以與其對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)或停止。正常運(yùn)行時(shí)運(yùn)行指示燈顯示綠色,當(dāng)電動(dòng)機(jī)故障時(shí),故障指示燈顯示紅色。由于時(shí)間原因,運(yùn)行畫面沒有截下來,但是總體達(dá)到了預(yù)期的效果。七、實(shí)習(xí)過程中遇到的問題首先,在接線過程中,由于剛開始我們的設(shè)計(jì)方案中起動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)選擇的是Q1.0-Q1.2,相應(yīng)的起回路作用的24V-也連接到了對(duì)應(yīng)的端子上,但是到后來運(yùn)行時(shí)沒有反應(yīng),后來在老師指導(dǎo)下和我們組全體成員努力下檢測出該輸出口對(duì)應(yīng)的繼電器不好用,后來我們又重新調(diào)整方案,重新進(jìn)行接線。在老師的指導(dǎo)下,我還明白了數(shù)字信號(hào)時(shí)接線只需要一根,而模擬信號(hào)時(shí)需要接兩根線。其次,在程序設(shè)計(jì)過程中,由于剛開始把實(shí)習(xí)要求所要實(shí)現(xiàn)的目的理解的不是很清楚,結(jié)果在程序設(shè)計(jì)時(shí)費(fèi)了挺大功夫??珊髞碓诶蠋熤敢拢谕瑢W(xué)的互相研究下,在自己查閱相關(guān)資料下,問題最終也得到了解決。如MOVE指令的用法等。特別是在實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換時(shí),雖然我們最后也能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)功能,但是是通過兩個(gè)開關(guān)進(jìn)行切換的,沒有達(dá)到用以個(gè)開關(guān)進(jìn)行切換的理想效果,由于能力有限,最終也只能是這個(gè)思路了。但是我想,以后考完研有時(shí)間了這個(gè)問題還很值得研究。接著,在用SETP7程序?qū)﹄妱?dòng)機(jī)進(jìn)行本地操作面板控制過程中。我

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