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職業(yè)核心能力培養(yǎng)探索項目五送料小車自動往返的PLC控制

小車往返運動控制廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)設備中。下圖是小車自動往復循環(huán)示意圖和電路圖,它利用行程開關實現(xiàn)往復運動控制的,通常叫做行程控制。項目描述5.1CompanyLogo利用可編程控制器對小車進行更優(yōu)秀的控制。圖5-2是用西門子S7-200PLC控制小車往返運動的電路圖。通過本項目的實施,我們了解PLC的產(chǎn)生、結構、工作原理、編程語言,掌握PLC的結構、端口、工作原理、基本指令、控制程序設計調試方法等基本知識和技能。CompanyLogoCompanyLogo通用PLC識別5.2PLC基本組成2PLC概述31編程器4輸入輸出接口33CompanyLogo西門子S7系列可編程控制器分為S7-400、S7-300、S7-200三個系列,分別為S7系列的大、中、小型可編程控制器系統(tǒng)。S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列,CPU22X系列,其中CPU22X型可編程控制器提供了4個不同的基本型號,常見的有CPU221,CPU222,CPU224和CPU226四種基本型號。PLC概述31CompanyLogo可編程控制器主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設接口、編程裝置、電源等組成

PLC基本組成2CompanyLogoCPU:它在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下工作,通過掃描方式,將外部輸入信號的狀態(tài)寫入輸入映象寄存區(qū)域,PLC進入運行狀態(tài)后,從存儲器逐條讀取用戶指令,按指令規(guī)定的任務進行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運算、算術運算等,然后將結果送到輸出映像寄存區(qū)域。存儲器:由只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM和可電擦寫的存儲器EEPROM三大部分構成,主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。PLC基本組成2CompanyLogo

I/O單元及I/O擴展接口外設接口電路:用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器,并能通過外設接口組成PLC的控制網(wǎng)絡。電源單元:把外部電源(220V的交流電源)轉換成內(nèi)部工作電壓。PLC基本組成2CompanyLogo輸入接口電路由于生產(chǎn)過程中使用的各種開關、按鈕、傳感器等輸入器件直接接到PLC輸入接口電路上,為防止由于觸點抖動或干擾脈沖引起錯誤的輸入信號,輸入接口電路必須有很強的抗干擾能力。光電耦合器提高抗干擾能力。光電耦合器工作原理是:發(fā)光二極管有驅動電流流過時,導通發(fā)光,光敏三極管接收到光線,由截止變?yōu)閷?,將輸入信號送入PLC內(nèi)部。輸入輸出接口33CompanyLogo輸入輸出接口33CompanyLogo(1)小型繼電器輸出形式,這種輸出形式既可驅動交流負載,又可驅動直流負載。它的優(yōu)點是適用電壓范圍比較寬,導通壓降小,承受瞬時過電壓和過電流的能力強。缺點是動作速度較慢,動作次數(shù)(壽命)有一定的限制。建議在輸出量變化不頻繁時優(yōu)先選用。輸入輸出接口33CompanyLogo輸入輸出接口33CompanyLogo(2)大功率晶體管或場效應管輸出形式,這種輸出形式只可驅動直流負載。它的優(yōu)點是可靠性強,執(zhí)行速度快,壽命長。缺點是過載能力差。適合在直流供電、輸出量變化快的場合選用。輸入輸出接口33CompanyLogo(3)雙向晶閘管輸出形式,適合驅動交流負載。由于雙向可控硅和大功率晶體管同屬于半導體材料元件,所以優(yōu)缺點與大功率晶體管或場效應管輸出形式的相似,適合在交流供電、輸出量變化快的場合選用。

編程器4CompanyLogoPLC工作過程5.3PLC的技術指標2PLC的工作過程31PLC分類、應用、發(fā)展33CompanyLogoPLC的工作過程31PLC循環(huán)工作掃描周期1.掃描輸入端口2.執(zhí)行用戶程序3處理通信請求4.CPU自診斷5.寫輸出端口CompanyLogo1.輸入/輸出點數(shù):可編程控制器的I/O點數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。2.存儲容量:PLC的存儲器由系統(tǒng)程序存儲器,用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器三部分組成。PLC存儲容量通常指用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量之和。3.掃描速度:可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作,完成1次掃描所需的時間叫做掃描周期。4.指令系統(tǒng):指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和??删幊炭刂破鞯木幊讨噶钤蕉啵浖δ芫驮綇?。5.通信功能:通信有PLC之間的通信和PLC與其他設備之間的通信。通信主要涉及通信模塊,通信接口,通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的技術指標2CompanyLogo小型PLC的I/O點數(shù)小于256點,以開關量控制為主,具有體積小、價格低的優(yōu)點??捎糜陂_關量的控制、定時/計數(shù)的控制、順序控制及少量模擬量的控制場合,代替繼電器-接觸器控制在單機或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。中型PLC的I/O點數(shù)在256~1024之間,功能比較豐富,兼有開關量和模擬量的控制能力,適用于較復雜系統(tǒng)的邏輯控制和閉環(huán)過程的控制。大型PLC的I/O點數(shù)在1024點以上。用于大規(guī)模過程控制,集散式控制和工廠自動化網(wǎng)絡。PLC分類、應用、發(fā)展33CompanyLogo西門子S7-200PLC識別與檢測5.4擴展功能模塊2S7-200系列CPU型PLC的結構31CompanyLogoS7-200系列CPU型PLC的結構31CompanyLogo工作方式開關有3個擋位:STOP、TERM(Terminal)、RUN。1、把方式開關切到STOP位,可以停止程序的執(zhí)行。2、把方式開關切到RUN位,可以起動程序的執(zhí)行。3、把方式開切到TERM(暫態(tài))或RUN位,允許STEP7-Micro/WIN32軟件設置CPU工作狀態(tài)。如果工作方式開關設為STOP或TERM,電源上電時,CPU自動進入STOP工作狀態(tài)。設置為RUN時,電源上電時,CPU自動進入RUN工作狀態(tài)。S7-200系列CPU型PLC的結構31CompanyLogo把方式開關切換到TERM(暫態(tài)),可以使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件設置工作方式。在程序中插入一個STOP指令,CPU可由RUN方式進入STOP工作方式。S7-200系列CPU型PLC的結構31CompanyLogoS7-200系列CPU型PLC的結構31CompanyLogo擴展功能模塊21.數(shù)字量擴展模塊S7-200PLC系列目前總共可以提供3大類共9種數(shù)字量輸入輸出擴展模塊。2.模擬量擴展模塊模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能3.熱電偶、熱電阻擴展模塊4.PROFIBUS-DP通信模塊

CompanyLogoS7-200PLC內(nèi)部器件5.5編址方式2PLC數(shù)據(jù)類型31元件功能及地址分配4尋址方式33CompanyLogo最基本的存儲單位是位(bit),8位二進制數(shù)組成1個字節(jié)(Byte),其中的第0位為最低位(LSB),第7位為最高位(MSB)。兩個字節(jié)(16位)組成1個字(Word),兩個字(32位)組成1個雙字(Doubleword)。把位、字節(jié)、字和雙字占用的連續(xù)位數(shù)稱為長度。PLC的數(shù)據(jù)類型可以是字符串、布爾型(0或1)、整數(shù)型和實數(shù)型(浮點數(shù))。布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號整數(shù);整數(shù)型數(shù)包括16位符號整數(shù)(INT)和32位符號整數(shù)(DINT)。實數(shù)型數(shù)據(jù)采用32位單精度數(shù)來表示。常數(shù):十進制:1234;十六進制:16#3AC6;二進制:2#1010000111100000;ASCII碼:“Show”;實數(shù)(浮點數(shù)):+1.175495E-38(正數(shù)),-1.175495E-38(負數(shù))PLC數(shù)據(jù)類型31CompanyLogo編址方式2CompanyLogo1.直接尋址直接尋址是在指令中直接使用存儲器或寄存器的元件名稱(區(qū)域標志)和地址編號,直接到指定的區(qū)域讀取或寫入數(shù)據(jù)。有按位、字節(jié)、字、雙字的尋址方式,如圖2-8所示。2.間接尋址(1)創(chuàng)建指針。指針為雙字,存放的是另一存儲器的地址,只能用V、L或累加器AC作指針。(2)利用指針存取數(shù)據(jù)。操作數(shù)前加“*”號表示該操作數(shù)為地址指針。例如:MOVW*AC1AC0,指令將AC1中的內(nèi)容為起始地址的一個字長的數(shù)據(jù)(即VB200,VB201內(nèi)部數(shù)據(jù))送入AC0內(nèi)。尋址方式33CompanyLogo1.輸入映像寄存器(輸入繼電器)(1)輸入映像寄存器的工作原理輸入繼電器是PLC用來接收用戶設備輸入信號的接口。PLC中的“繼電器”與繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器有本質性的差別,是“軟繼電器”,它實質是存儲單元。(2)輸入映像寄存器的地址分配S7-200輸入映像寄存器區(qū)域有IB0~IB15共16個字節(jié)的存儲單元。系統(tǒng)對輸入映像寄存器是以字節(jié)(8位)為單位進行地址分配的。元件功能及地址分配4CompanyLogo2.輸出映像寄存器(輸出繼電器)(1)輸出映像寄存器的工作原理

,“輸出繼電器”是用來將輸出信號傳送到負載的接口,每一個“輸出繼電器”線圈都與相應的PLC輸出相連,并有無數(shù)對常開和常閉觸點供編程時使用。

(2)輸出映像寄存器的地址分配,S7-200輸出映像寄存器區(qū)域有QB0~QB15共16個字節(jié)的存儲單元。系統(tǒng)對輸出映像寄存器也是以字節(jié)(8位)為單位進行地址分配的。元件功能及地址分配4CompanyLogo3.

內(nèi)部標志位存儲器(中間繼電器)M內(nèi)部標志位存儲器,用來保存控制繼電器的中間操作狀態(tài),其作用相當于繼電器控制中的中間繼電器,內(nèi)部標志位存儲器在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應,其線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內(nèi)部用指令驅動,其觸點不能直接驅動外部負載,只能在程序內(nèi)部驅動輸出繼電器的線圈,再用輸出繼電器的觸點去驅動外部負載元件功能及地址分配4CompanyLogo5.特殊標志位存儲器SMPLC中還有若干特殊標志位存儲器,特殊標志位存儲器位提供大量的狀態(tài)和控制功能,用來在CPU和用戶程序之間交換信息,特殊標志位存儲器能以位、字節(jié)、字或雙字來存取,CPU224的SM的位地址編號范圍為SM0.0~SM179.7共180個字節(jié)。其中SM0.0~SM29.7的30個字節(jié)為只讀型區(qū)域。元件功能及地址分配4CompanyLogoSM0.0:運行監(jiān)視。當PLC處于運行(RUN)狀態(tài)時SM0.0始終為“1”狀態(tài)。當PLC運行時可以利用其觸點驅動輸出繼電器,在外部顯示程序是否處于運行狀態(tài)。SM0.1:初始化脈沖。每當PLC的程序開始運行時,SM0.1線圈接通一個掃描周期,因此SM0.1的觸點常用于啟動控制程序中只執(zhí)行一次的初使化程序。SM0.3:開機進入RUN時,接通一個掃描周期,可用在啟動操作之前,給設備提前預熱。SM0.4:輸出占空比為50%的時鐘脈沖。當PLC處于運行狀態(tài)時,產(chǎn)生周期為1min的時鐘脈沖,若將時鐘脈沖信號送入計數(shù)器作為計數(shù)信號,可起到定時器的作用。SM0.5:占空比為50%的時鐘脈沖。當PLC處于運行狀態(tài)時,產(chǎn)生周期為1s的時鐘脈沖。元件功能及地址分配4CompanyLogo6.局部變量存儲器L局部變量存儲器L用來存放局部變量,局部變量存儲器L和變量存儲器V十分相似,主要區(qū)別在于全局變量是全局有效,即同一個變量可以被任何程序(主程序、子程序和中斷程序)訪問。而局部變量只是局部有效,即變量只和特定的程序相關聯(lián)。元件功能及地址分配4CompanyLogoPLC程序設計語言5.6

在可編程控制器中有多種程序設計語言,它們是梯形圖、語句表、功能塊圖等。

1.梯形圖(LadderDiagram)程序設計語言用圖形的方式進行邏輯運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)的輸入輸出等達到控制目標的程序表現(xiàn)形式。觸點線圈指令盒CompanyLogo2.語句表(StatementList)程序設計語言語句表程序設計語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設計語言。(1)采用助記符來表示操作功能,具有容易記憶;(2)在編程器的鍵盤上采用助記符表示,具有便于操作的特點,可在無計算機的場合進行編程設計;(3)用編程軟件可以將語句表與梯形圖可以相互轉換。3.功能塊圖(FunctionBlockDiagram)程序設計語言功能塊圖程序設計語言是采用邏輯門電路的編程語言。功能塊圖指令由輸入、輸出段及邏輯關系函數(shù)組成。CompanyLogo1.邏輯取及線圈指令LD/LDNLD(load):對應梯形圖為在左側母線或線路分支點處初始裝載一個常開觸點。將觸點對應的寄存器位的值讀到PLC的邏輯運算器中來。常開觸點邏輯運算的開始。LDN(loadnot):對應梯形圖則為在左側母線或線路分支點處初始裝載一個常閉觸點。將觸點對應的寄存器位的值讀到PLC的邏輯運算器中來并進行取反。常閉觸點是邏輯運算的開始。=(OUT):輸出指令,對應梯形圖則為線圈驅動。基本指令分析與應用5.7CompanyLogo基本位操作指令31網(wǎng)絡1LDI0.0//裝載常開觸點=M1.5//輸出線圈網(wǎng)絡2LDNM1.5//裝載常閉觸點=Q0.2//輸出線圈CompanyLogo2.觸點串聯(lián)指令A(And)、AN(AndNot)A(And):與操作,在梯形圖中表示串聯(lián)連接單個常開觸點。取觸點對應的寄存器位的值,并跟PLC邏輯運算器的原來的值進行與運算,結果存放在PLC的邏輯運算器中。AN(Andnot):與非操作,在梯形圖中表示串聯(lián)連接單個常閉觸點。取觸點對應的寄存器位的值并且進行取反,再跟PLC邏輯運算器的原來的值進行與運算,結果存放在PLC的邏輯運算器中。基本位操作指令31CompanyLogo網(wǎng)絡1LDI0.0AI0.1=M0.0

網(wǎng)絡2LDNI1.1Am10.1ANM0.0=Q0.0AQ0.1=Q0.7基本位操作指令31CompanyLogo3.觸點并聯(lián)指令:O(Or)/ON(Ornot)O:或操作,在梯形圖中表示并聯(lián)連接一個常開觸點。取觸點對應的寄存器位的值,并跟PLC邏輯運算器的原來的值進行或運算,結果存放在PLC的邏輯運算器中。ON:或非操作,在梯形圖中表示并聯(lián)連接一個常閉觸點。取觸點對應的寄存器位的值并且進行取反,再跟PLC邏輯運算器的原來的值進行或運算,結果存放在PLC的邏輯運算器中。基本位操作指令31CompanyLogo網(wǎng)絡1LDI0.0OI0.1=Q0.0網(wǎng)絡2LDNI1.1AQ0.1ONM0.0ANI0.2OI0.3=Q0.1基本位操作指令31CompanyLogo4.電路塊的串聯(lián)指令ALD(1)指令功能ALD:塊“與”操作,用于串聯(lián)連接多個并聯(lián)電路組成的電路塊?;疚徊僮髦噶?1CompanyLogoALD指令使用說明:并聯(lián)電路塊與前面電路串聯(lián)連接時,使用ALD指令。分支的起點用LD/LDN指令,并聯(lián)電路結束后使用ALD指令與前面電路串聯(lián)?;疚徊僮髦噶?1CompanyLogo5.電路塊的并聯(lián)指令OLDOLD:塊“或”操作,用于并聯(lián)連接多個串聯(lián)電路組成的電路塊。網(wǎng)絡1LDI0.0//串聯(lián)塊1開始AI0.1ANI0.2LDI0.3

//串聯(lián)塊2開始AI0.4OLD

LDNI0.5//串聯(lián)塊3開始AI0.6OLD=M0.1基本位操作指令31CompanyLogo網(wǎng)絡1

LDI0.0

SQ0.0,1

網(wǎng)絡2

LDI0.1

RQ0.0,1

7.置位/復位指令S/R置位指令S:設置從位地址bit開始的N個寄存器位(線圈)的值為“1”并保持。復位指令R:設置從位地址bit開始的N個寄存器位(線圈)的值為“0”并保持?;疚徊僮髦噶?1CompanyLogo8.脈沖生成指令EU/EDEU(EdgeUp)指令:當EU指令的輸入端的能流有一個上升沿時產(chǎn)生一個寬度為一個掃描周期的脈沖,驅動后面的輸出線圈。ED(EdgeDown)指令:當ED指令的輸入端能流有一個下降沿時產(chǎn)生一個寬度為一個掃描周期的脈沖,驅動其后的線圈?;疚徊僮髦噶?1CompanyLogo基本位操作指令31CompanyLogo1.梯形圖語言中的語法規(guī)定(1)程序應按自上而下,從左至右的順序編寫。(2)同一操作數(shù)的輸出線圈在一個程序中不能使用兩次,不同操(3)線圈不能直接與左母線相連。如果需要,可以通過特殊內(nèi)部標志位存儲器SM0.0來連接。(4)適當安排編程順序,以減少程序的步數(shù)。編程注意事項及編程技巧32錯了可以這樣CompanyLogo2.串聯(lián)觸點支路并聯(lián)時遵循“上重下輕”的原則,即串聯(lián)多的支路應盡量放在上部。3.并聯(lián)電路塊串聯(lián)時遵循“左重右輕”的原則,即并聯(lián)多的支路應靠近左母線.編程注意事項及編程技巧32不好這才好CompanyLogo(1)通電延時定時器(TON)工作原理程序及時序分析如圖4-29所示。當I0.0接通時即使能端(IN)輸入有效時,驅動T37開始計時,計數(shù)當前值從0開始遞增,計時到設定值PT(5)時,T37狀態(tài)位置1,其常開觸點T37接通,驅動Q0.0輸出,其后當前值仍增加,但不影響狀態(tài)位。當前值的最大值為32767。當I0.0分斷時,使能端無效時,T37復位,當前值清0,狀態(tài)位也清0,即回復原始狀態(tài)。若I0.0接通時間未到設定值就斷開,T37則立即復位,Q0.0不會有輸出。定時器指令介紹33CompanyLogo通電延時定時器工作工程過程定時器指令介紹33通電延時定時器工作工程時序CompanyLogo(2)記憶型通電延時定時器(TONR)指令工作原理使能端(IN)輸入有效時(接通),定時器開始計時,當前值遞增,當前值大于或等于預置值PT(4)時,輸出狀態(tài)位置1。使能端輸入無效(斷開)時,當前值保持(記憶),使能端(IN)再次接通有效時,在原記憶值的基礎上遞增計時。定時器指令介紹33CompanyLogo定時器指令介紹33記憶通電延時定時器工作過程CompanyLogo(3)斷電延時型定時器(TOF)指令工作原理斷電延時型定時器用來在輸入斷開,延時一段時間后,才斷開輸出。使能端(IN)輸入有效時,定時器輸出狀態(tài)位立即置1,當前值復位為0。使能端(IN)斷開時,定時器開始計時,當前值從0遞增,當前值達到預置值時,定時器狀態(tài)位復位為0,并停止計時,當前值保持。定時器指令介紹33CompanyLogo定時器指令介紹33CompanyLogo三種脈沖發(fā)生器定時器指令介紹33CompanyLogoSTEP7-MicroWIN編程應用2西門子PLC編程軟件認識31程序調試與監(jiān)控4通信33西門子PLC編程軟件應用5.8西門子PLC仿真調試35CompanyLogo編程軟件安裝31

編程軟件的安裝和中文界面設置雙擊編程軟件中的安裝程序SETUP.EXE,根據(jù)安裝提示,編程語言選擇English,完成安裝。啟動STEP7-Micro/WIN40。安裝完成自動選擇為英文版,進行以下操作,設置為中文界面:點擊菜單Tools,選項Options,在彈出的Options中選擇General,在右邊的General標簽下的語言選擇Language窗口下選擇Chinese,點擊OK,編程軟件自動關閉。重新啟動軟件,顯示為中文界面。CompanyLogo1.連接S7-200PLC與計算機通信電纜可以采用PC/PPI電纜建立PC機與PLC之間的通信連接。RS-232通信口COM1或COM2接口上,RS-485端接到S7-200通信口上。有5種波特率可以選擇:1.2K,2.4K,9.6K,19.2K,38.4K。系統(tǒng)的默認值為9.6Kb/s。2.建立在線連接建立與S7-200CPU的在線聯(lián)系,步驟如下:(1)在STEP7-Micro/WIN40運行時單擊“通信”圖標。(2)雙擊對話框中的“雙擊刷新”圖標,STEP7-Micro/WIN40編程軟件將檢查所連接的所有S7-200CPU站。(3)雙擊要進行通信的站,在通信建立對話框中,可以顯示所選的通信參數(shù)。編程軟件安裝31CompanyLogo編程軟件窗口組件2CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo編程軟件窗口組件2CompanyLogo編程軟件窗口組件2CompanyLogo編程軟件窗口組件2CompanyLogo編程軟件窗口組件2CompanyLogo編程軟件窗口組件2CompanyLogo1.建立項目(1)打開已有的項目文件。用菜單命令“文件”→“打開”,在“文件”菜單底部列出最近工作過的項目名稱,選擇文件名,直接選擇打開。(2)創(chuàng)建新項目單擊“新建”快捷按鈕。菜單命令“文件”→“新建”。梯形圖程序輸入2CompanyLogo1.在STEP7-Micro/WIN40中,單擊瀏覽條中的“通訊Communications”圖標,或用菜單命令“視圖”→“組件”→“通訊”。2.從“通訊”對話框(如圖3-21所示)的右側窗格,單擊顯示“雙擊刷新DoubleClicktoRefresh”的藍色文字。通信網(wǎng)絡的配置32CompanyLogo1.下載之前,PLC必須位于“停止”的工作方式。檢查PLC上的工作方式指示燈,如果PLC沒有在“停止”,單擊工具條中的“停止”按鈕,將PLC至于停止方式。單擊工具條中的“下載”按鈕,或用菜單命令“文件”→“下載”。2.上載Upload單擊“上載”按鈕。選擇菜單命令“文件”→“上載”。上載和下載2CompanyLogo1.起動程序狀態(tài)PLC置于RUN工作方式,起動程序狀態(tài)監(jiān)控改動PLC數(shù)據(jù)值。單擊“程序狀態(tài)打開/關閉”按鈕或用菜單命令“調試”→“開始程序狀態(tài)監(jiān)控”,在梯形圖中顯示出各元件的狀態(tài)。2.用程序狀態(tài)模擬進程條件(讀取、強制、取消強制和全部取消強制)3.識別強制圖標被強制的數(shù)據(jù)處將顯示一個圖標。

程序狀態(tài)顯示3CompanyLogo程序狀態(tài)顯示3CompanyLogo項目實施:PLC控制小車運行設計與安裝調試

5.91、控制要求:料小車在左端(由行程開關SQ1限位)裝料,右端(由行程開關SQ2限位)卸料。行程開關SQ3和SQ4是極限位置開關。小車在處于SQ1與SQ2之間任何位置時,可以按下按鈕SB3讓小車停止;按下SB1小車向左運動;按下SB2小車向右運動。送料小車起動后先向左行,到左端停下裝料;30s后裝料結束,開始右行,到右端停下卸料;20s后卸料完畢,又開始左行;如此自動往復循環(huán),直到按下停止按鈕。Com

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