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第1 2章 练习与作业 1 低压电器通常指工作在交 直流电压11200V以下的电气设备 2 触点的结构形式很多 按其接触形式可分为三种 点接触 线接触和面接触3 电磁机构分类也有多种 按衔铁的运动分有衔铁做直线运动转动 衔铁沿轴转动 衔铁做直线运动三种 按线圈的连接方式分有并联 电压线圈 和串联 电流线圈 两种 5 继电器的 释放值 返回值 x1 和 吸合值 动作值 x2 之比称为继电器的返回系数 6 常用的继电器有电压继电器 电流继电器 速度继电器 中间继电器 7 此为时间继电器触点的图形符号 按顺序分别为何种触点延时断开常开触点 延时断开常闭触点 延时闭合常闭触点 延时闭合常开触点 8 自动空气断路器相当于 刀开关 熔断器 热继电器和欠电压继电器的组合 是一种自动切断电路故障用的保护电器 P5习题1 1 参考Page1 交流接触器的灭弧方式有哪几种 2 参考Page1 低压电器用于交流50Hz 或60Hz 额定电压为1200V以下 直流额定电压为1500V及以下的电路中的电器 灭弧原理 设法降低电弧区温度和电场强度 加强消电离作用 当电离速度低于消电离速度时 电弧即逐渐熄灭 常用的灭弧方式有拉长电弧 切断或分割电弧磁吹式灭弧 利用电弧电流本身灭弧 电弧电流愈大 吹弧能力也越强 灭弧栅 有许多镀铜薄钢片组成 片间距离为2 3mm 安装在灭弧罩内 一般适合于交流灭弧灭弧罩 通常用耐弧陶瓷 石棉水泥或耐弧塑料制成 其作用一是分割各路电弧以防止发生短路 二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触 使电弧迅速冷却而熄灭多断点灭弧 如桥式触头 一般交流继电器和小电流接触器采用此种方法 电磁机构由哪几部分组成 3 参考Page8 电磁机构的结构形式 由吸引线圈 激磁线圈 和磁路 包括铁芯 铁轭 衔铁和空气气隙 两部分组成 什么是吸力特性 什么是反力特性 简述吸力特性与反力特性之间的配合关系 4 参考Page8 9 图1 12 简述交流接触器的电磁铁安装短路环的作用及工作原理 5 参考Page11 吸力特性 电磁机构的吸引线圈通电后 铁心吸引衔铁的电磁吸力与气隙的关系曲线 反力特性 电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关系曲线 P19习题1 继电器与接触器的区别 6 参考Page13 继电器 接触器 画出继电特性曲线 并表明何为返回系数 一般继电器为什么选用低返回系数 7 参考Page14 15 图1 14 释放值 返回值 x1与吸合值 动作值 x2之比称为返回系数 8 P20习题2 参考Page13 中间继电器实质上是一种电压继电器 结构和工作原理与接触器相同 中间继电器触点的额定电流较大且数量较多 一般有8对 在电路中主要是扩展触点的数量 9 电流继电器的线圈在电路中怎样连接 有何特点 电流继电器一般分哪几种 电流继电器反映的是电流信号 使用时 电流继电器的线圈串于被测电路中 根据电流的变化而动作 为降低负载效应和对被测量电路参数的影响 线圈匝数少 导线粗 阻抗小 电流继电器除用于电流型保护的场合外 还经常用于按电流原则控制的场合 电流继电器有欠电流和过电流继电器两种 热继电器具有哪几种保护功能 若作为过载保护 如何选择热继电器动作电流 10 热继电器是利用电流的热效应原理 电流通过发热元件加热使双金属片弯曲 推动执行机构动作的电器 主要用于电动机的过载保护和断相保护 若作为过载保护 原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择 参考Page17 18 熔断器提供什么保护功能 对于频繁起动的单台电动机如何选择熔断器 11 参考Page20 22 熔断器是一种利用熔化作用而切断电路的保护电器 当该电路发生严重过载或短路故障时 大电流产生的热量使其温度升高到熔体的熔点 导致熔体自行熔断 达到保护的目的 保护单台频繁启动电动机时 选择熔断器 试说明空气阻尼式时间继电器 图1 19 的工作原理 12 参考Page15 P27习题1 13 参考Page22 主令电器是用来发布命令 改变控制系统工作状态的电器 它可以直接作用于控制电路 也可以通过电磁式电器的转换对主电路实现控制 其主要类型有按钮 行程开关 转换开关等 P31习题1 14 参考Page27 低压断路器又称自动开关或空气开关 它相当于刀开关 熔断器 热继电器和欠电压继电器的组合 是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压 失压 过载和短路保护的电器 P31习题2 15 参考Page27 熔断器 低压断路器能用做短路保护 接触器不能用做短路保护 作业2 参考答案 Page45 习题 5 参考答案 Page43 45 Page52 习题 2 参考答案 Page46 两个接触器或继电器线圈串联 将因衔铁气隙的不同 线圈交流阻抗不同 电压不会平均分配 导致电器不能可靠工作 Page69 习题 2 参考Page61 62 Page45 习题 1 参考答案 Page38 Page45 习题 4 参考答案 Page41 43 Page52 习题 5 参考Page51 Page69 习题 1 参考Page57 58 Page45 习题 1组成电器控制线路的基本规律有哪些 参考Page38 组成电器控制线路的基本规律自锁控制按联锁关系控制的规律正反向接触器的联锁控制 实现按顺序工作时的联锁控制正常工作与点动的联锁控制按控制过程的变化参量进行控制的规律 包括行程控制时间控制速度控制电流变化参量控制 作业2 Page45 习题 4 参考Page41 43 Page45 习题 5 参考Page43 45 Page52 习题 2 Page52 习题5 参考Page46 在交流控制线路中 不能串联接入两个电器线圈 即使外加电压是两个线圈额定电压之和 也是不允许的 因为每个线圈上所分配到的电压与线圈阻抗成正比 两个电器动作总是有先有后 不可能同时吸合 假如交流接触器KM2先吸合 由于KM2的磁路闭合 线圈的电感显著增加 因而在该线圈上的电压降也相应增大 从而使另一个接触器KM1的线圈电压达不到动作电压 因此二个电器需要同时动作时 其线圈应该并联连接 参考Page50 51 Page69 习题 1 参考Page57 58 Page69 习题 2 参考Page61 62 刀架的自动循环控制系统分析与设计 刀架的自动循环示意图 具体要求 自动循环 行程原则控制无进给切削 时间原则控制快速停车 速度原则控制 1 自动循环控制 行程控制 根据生产机械的运动部件行程的变化来进行控制称为 钻削加工刀架的运动过程控制 刀架在位置1起动后能自动地由位置1开始移动到位置2进行钻削加工 刀架到达位置2后自动退回到位置1时停车 SQ2 SQ2 SQ1 SQ2常开触点闭合 刀架退到位置1撞倒SQ1 SQ1常闭触点断开 退刀 刀架停 工作原理 2 无进给切削 提高加工精度 完成切削行程后继续切削 然后退出 时间原则控制 工作原理 为缩短辅助工时提高生产效率 应准确停车以减少超行程 因此对该控制系统还提出了快速停车的要求 对异步电动机来讲 最简便的方法是采用反接制动 制动时使电源反相序 制动到接近零速时电动机的电源自动切除 检测接近零速的信号以直接反映控制过程的转速信号最为理想 通常采用速度继电器来实现 3 快速停车 反接制动是利用改变电动机电源相序 使定子绕组产生的旋转磁场与转子旋转方向相反 因而产生制动力矩的一种制动方法 应注意的是 当电动机转速接近零时 必须立即断开电源 否则电动机会反向旋转 速度原则控制 KS特点 电机转速达到一定数值时自动闭合 小于一定数值时自动断开 单向运行的三相异步电动机反接制动控制线路 控制线路按速度原则实现控制 通常采用速度继电器 速度继电器与电动机同轴相连 在120 3000r min范围内速度继电器触头动作 当转速低于100r min时 其触头复位 速度继电器 速度原则控制 反接制动控制线路 速度原则控制 反接制动控制线路 速度原则控制 制动过程 KM1主触头断开 KM1常闭辅助触点闭合 电机断电 按SB1 SB1常闭触点打开 SB1常开触点闭合 KS已闭合 电机制动 当n 100r min时速度继电器动作 KS打开 KM2线圈失电 3 快速停车 正向 反向 KM2线圈得电 刀架返回退至位置1 电机反接制动 快停 KM1线圈得电 3 快速停车 KM2 KM1 KM1 SB3 SB1 KM1 SB2 KM2 KM2 FR SQ2 SQ1 SQ2 KT KT 正向 反向 工作原理 进刀 合上QS按SB1 退刀 快停 上移 下移 夹紧 放松 第3 4章 练习与作业 作业3 参考答案 1 什么是可编程控制器 参考Page70PLC的定义 2 Page81习题2 参考Page77 78 3 Page84习题3 参考Page83 84 4 Page92习题3 参考Page88 89 当PLC启动后 先进行上电处理 初始化 操作 包括对工作内存的初始化 复位所有的定时器 将输入 输出继电器清零 检查 单元连接是否完好 如有异常则发出报警信号 上电处理完成以后进入扫描工作过程 PLC的扫描过程分 输入采样 程序执行 输出刷新 三个阶段进行 输入采样阶段 PLC将所有采集到的输入信号写到输入映像寄存器中 执行用户程序阶段 CPU对用户程序按顺序进行扫描 输出刷新阶段 当CPU对全部用户程序扫描结束后 将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中 再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载 在输出刷新阶段结束后 CPU进入下一个扫描周期 PLC的存储器有系统存储器和用户存储器两类 即用于存放系统程序的系统程序存储器和存放用户程序的用户程序存储器 作业3 参考答案 5 什么是扫描周期 它主要受什么影响 参考Page87 6 详细说明PLC在扫描的过程中 输入映像寄存器和输出映像寄存器各起什么作用 参考Page88 90 输入映像寄存器中的数据 是在输入采样阶段被刷新 在本扫描周期中的程序执行阶段和输出刷新阶段 不随外部输入信号的变化而变化 输出映像寄存器 它包含在元件映像寄存器中 的状态 是由用户程序中输出指令的执行结果来决定 输出锁存器中的数据是在输出刷新阶段 从输出映像寄存器中集中写进去的 输出端子的输出状态 是由输出锁存器中的数据确定的 执行用户程序时所需的输入 输出状态 是从输入映像寄存器和输出映像寄存器中读出的 作业3 参考答案 7 简述PLC与继电接触器控制在工作方式上各有什么特点 参考Page87 8 Page98习题1 参考Page93 9 Page98习题2 参考Page93 10 Page98习题3 参考Page93 练习 某PLC控制系统 采用S7 300 系统组成如下 CPU模板 CPU314 数字量输入 24VDC36个点 数字量输出 24VDC25个点 继电器输出15个点 220VAC 模拟量输入 4个通道 模拟量输出 2个通道 请进行机架组态 并确定具体的地址范围 SM32132 24VDC SM32116 24VDC 槽1234567891011 SM32232 24VDC SM32116 24VDC 槽1234567891011 SM32116 24VDC SM334 SM32216 230VAC SM331AI8 16 SM32216 24VDC SM32116 24VDC SM32216 24VDC SM32216 230VAC SM332AO4 16 SM32132 24VDC SM32116 24VDC 槽1234567891011 SM32232 24VDC SM334 SM32216 230VAC S7 300机架组态 1 所有信号模板和功能模板从背板总线吸取的电流为 25 2 90 100 60 300mA没有超过CPU314所能提供的最大电流1200mA 2 所有模板从电源吸取的电流为 1000 2 25 200 250 200 1700mA3 所有模板的功耗为 8 6 5 3 5 5 4 5 2 29 5W通过计算可知 所有模板从背板总线吸取的电流为0 3A 没有超过CPU314所能提供的最大电流1 2A 所有模板从电源吸取的电流为1 7A 在考虑裕量的基础上 应选择PS3075A的电源模板 因为PS3075A的功耗为18W 所以系统的总功耗为29 5 18 47 5W 在考虑机架的大小时 要考虑到该功耗的散热问题 合理选择电源模板 SM32132 24VDC SM32116 24VDC 槽1234567891011 SM32232 24VDC SM334 SM32216 230VAC 槽1234567891011 根据图中的各个模板的安装位置 系统的I O地址组态为 SM32116 24VDC 槽1234567891011 SM32116 24VDC SM331AI8 16 SM32216 24VDC SM32116 24VDC SM32216 24VDC SM32216 230VAC SM332AO4 16 槽1234567891011 Q20 0toQ20 6 Q16 0toQ17 1 PQW368 PQW370 I8 0toI9 1 Q12 0toQ13 6 PIw352 PIW354 PIW356 PIW358 S7 300PLC一个机架最多可安装 8 个信号模块 最多可扩展 3 个机架 机架之间的通讯距离最大不超过 10m 最大数字量I O点数 1024 32 8 4 高速 大功率的交流负载 应选用 双向晶闸管 输出的输出接口电路 数字量输出接口按其输出方式分为 晶体管输出型 双向晶闸管 可控硅 输出型 继电器输出型 确定机架0的6号槽上SM323DI8 DO8的地址范围 I8 0 I8 7 Q8 0 Q8 7 以及 号槽上SM334AI4 AO2的地址范围 PIW272 PIW278 PQW280 PQW282 作业4 参考答案 Page121习题2 参考答案 Page100 S7 300系列的PLC采用紧凑的 无槽位限制的模块结构 电源模块 PS CPU 信号模块 SM 功能模块 FM 接口模块 IM 和通信模块 CP 都安装在导轨上 硬件系统主要由各种模板及人机界面 HMI 根据控制要求进行广泛的组合和扩展 参照图4 21 2 Page121习题7 参考答案 Page106 107 IM256 IM260 IM2613 Page121习题10 参考答案 Page121 S7 300PLC控制系统组成如下 CPU模板 CPU312C 数字量输入 SM321DI16 24VDC 2数字量输出 SM322DO16 24VDC 0 5A SM322DO16 120 230VAC 继电器输出 模拟量输入 SM331AI2 12bit模拟量输出 SM332AO2 12bit高速计数器模板 FM350 2占位模块DM370 Page121习题10 1 所有占位模块 信号模板和功能模板从背板总线吸取的电流为 25 2 80 100 50 60 100 5 445mA没有超过CPU312C所能提供的最大电流1200mA 2 所有模板从电源吸取的电流为 500 2 25 120 250 30 135 150 1235mA所有模板从电源吸取的电流为1 235A 可选择PS3072A的电源模板 在考虑裕量的基础上 应选择PS3075A的电源模板 3 所有模板的功耗为 6 2 3 5 4 9 4 5 1 3 3 4 5 0 03 31 23W 作业4 参考答案 4 请填写以下配置的SIMATICS7 300的可编程控制器的I O地址 5 S7 300的CPU314 CPU315 CPU315 2DP最多可扩展几个机架 用哪个接口模块连接 0架4槽8路模拟量输入地址 PIW256 PIW270 0架5槽8路模拟量输出地址 PQW272 PQW286 0架6槽16点数字量输入地址 I8 0 I8 7 I9 0 I9 7 0架7槽32点数字量输出地址 Q12 0 12 7 Q13 0 13 7 Q14 0 14 7 5 0 15 7 0架8槽16点数字量输出地址 Q16 0 Q16 7 Q17 0 Q17 7 S7 300的CPU314 CPU315 CPU315 2DP最多可扩展4个机架 用SM360 SM361接口模块连接 第5章 练习与作业 第5章第2节 Page155习题 1 参考Page125 线性化 模块化 结构化 2 参考Page127 OB FB FC OB SFB SFC DI DB 3 参考Page128 129 组织块 OB 表示操作系统和用户程序之间的接口 组织块由操作系统调用 控制循环中断驱动的程序执行 PLC启动特性和错误处理 组织块OB1 循环执行的组织块 需要连续执行的程序安排在OB1中 执行完后又开始新的循环 组织块OB1 被 循环执行 在OB1循环结束时 操作系统传送过程映像输出表到输出模板 在OB1再开始前 操作系统通过读取当前的输入I O的信号状态来更新过程映像输入表 OB1可调用功能块 FB 系统功能块 SFB 或使用功能调用 FC 和系统功能调用 SFC 的功能 第5章第2节 Page155习题 4 参考Page130 功能块 FB 与功能 FC 是项目子程序 功能块 FB 带有背景数据块 DB 它随功能块的调用而打开 随功能块的结束而结束 存放在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持 即被 记忆 功能块FC没有背景数据块 功能调用结束后数据不能保持 系统功能块 SFB 与系统功能 SFC 集成在CPU模块中 通过SFB SFC调用一些重要的系统功能 用户程序可以不用装载直接调用SFB SFC SFB需要分配背景数据块DB 数据块必须作为用户程序的一部分下装到CPU SFC不需要分配数据块 5 参考Page130 第5章第2节 Page155习题 数据块 DB 可用来存储用户程序中逻辑块的变量数据 如 数值 系统数据块 SDB 系统数据块是存有操作控制器的必要数据 例如 组态数据 通讯连接和参数 6 参考Page134 数据块是用户定义的用于存取数据的存储区 可以被打开或关闭 共享数据块 DB 又称全局数据块 用于存储全局数据 所有逻辑块 OB FC FB 都可以访问共享数据块存储的信息 背景数据块 DI 用作 私有存储器区 即用作功能块 FB 的 存储器 FB的参数和静态变量安排在它的背景数据块中 背景数据块不是由用户编辑的 而是由编辑器生成的 第5章第2节 Page155习题 7 参考Page135 138 基本数据类型包括 位数据类型 BOOL BYTE WORD DWORD CHAR 数学数据类型 INT DINT REAL 定时器类型 S5TIME TIME DATE TIME OF DAY 在STEP7中 数据类型分为三大类 基本数据类型 复合数据类型 参数类型 P135表5 4 M100 0 MB100 MW100和MD100表示位 字节 字和双字存储单元 0 7 8位 以字节单元为基准标记存储器存储单元 8 参考Page136 第5章第2节 Page155习题 9 参考Page138 数组 ARRAY 将一组同一类型的数据组合在一起 形成一个单元 结构 STRUCT 将一组不同类型的数据组合在一起 形成一个单元 参数类型 10 参考Page138 139 PLC的存储器有系统存储器和用户存储器两类 即用于存放系统程序的系统程序存储器和存放用户程序的用户程序存储器 S7 300PLC的存储区由装载存储区 工作存储区 系统存储区组成 装载存储区 用于存放用户程序 用于存储用户程序 不包括符号地址赋值或注释 工作存储区 物理上占用CPU模块中的部分RAM 其存储内容是CPU运行时所执行的用户程序单元 逻辑块和数据块 的复制件 系统存储区 RAM类型 用于存放操作数据 包括过程映像输入和输出表 位存储器 定时器和计数器等区域 此外还包括局部数据堆栈 块堆栈和中断堆栈 第5章第2节 Page155习题 11 参考Page139 141 S7 300PLC的系统存储区 编程元件 1 输入映像寄存器 输入继电器 I2 输出映像寄存器 输出继电器 Q3 位存储器M 或称辅助继电器 4 外部输入寄存器PI5 外部输出寄存器PQ6 定时器T 共5种 7 计数器C 共3种 8 数据块寄存器DB9 本地数据寄存器L 各存储区域地址分配和功能 P141表5 5 第5章第2节 Page155习题 12 参考Page142 144 状态字用于表示CPU执行指令时所具有的状态信息 首位检测位 FC 逻辑操作结果 RLO 状态位 STA 或位 OR 溢出位 OV 溢出状态保持位 OS 条件码1 CC1 和条件码0 CC0 二进制结果位 BR 在状态字中 RLO作用 状态字的位1称为逻辑操作结果RLO ResultofLogicOperation 该位存储位逻辑指令或算术比较指令的结果 在逻辑串中 RLO位的状态能够表示有关信号流的信息 RLO的状态为1 表示有信号流 通 为0 表示无信号流 断 可用RLO触发跳转指令 第5章第2节 Page155习题 13 14 15 参考Page144 146 16 参考Page149 17 18 19 参考Page150 151 20 参考Page151 21 参考Page151 22 参考Page152 153 S7 300的寻址方式 立即寻址 操作数本身直角接包含在指令中直接寻址 指令中直接给出操作数的存储单元地址存储器间接寻址 指令中给出的存储器内容是操作数所在存储单元的地址 称为地址指针 寄存器间接寻址 在S7中有两个地址寄存器 它们是AR1和AR2 通过地址寄存器 可以对各存储区的存储器内容实现寄存器间接寻址 第6章 练习与作业 Page173习题 第6章 1 参考Page156 2 参考表6 2 3 参考Page156 158 输出指令 逻辑串输出指令 输出线圈 中间输出指令 4 参考Page157表6 3 5 参考Page158 6 参考Page159 7 参考Page158 159 可并联 可连续输出 但不可重复 与嵌套 指令 或嵌套 指令 中间输出指令是一种中间赋值元件 用该元件指定的地址来保存它左边电路的存储逻辑逻辑操作结果 RLO位或能流的状态 中间输出存储在位存储器 I Q M L或D 中 该存储位可以当作一个触点出现在其他逻辑串中 中间输出只能放在梯形图逻辑串的中间 而不能出现在最左端或最右端 逻辑串输出指令又称为赋值操作指令 该操作把状态字中RLO的值赋给指定的操作数 位地址 若RLO为 1 则操作数被置位 否则操作数被复位 输出线圈等同于STL程序中的赋值指令 用等于号 表示 所使用的操作数可以是 Q M L D 输出指令 逻辑串输出指令 输出线圈 中间输出指令 9 参考Page161 10 参考Page161 或 实现的控制功能一样 置位 复位指令有保持功能 输出 赋值 指令没有保持功能 则用 自锁触点 实现保持 电机运行 11 参考Page161 162 12 参考Page161 162 在LAD中置位 复位指令要放在逻辑串最右端 而不能放在逻辑串中间 在LAD中 RS触发器可以用在逻辑串最右端 结束一个逻辑串 也可用在逻辑串中 影响右边的逻辑操作结果 13 参考Page162 164 13 参考Page162 164 S7中有两类跳变沿检测指令 一种是对RLO的跳变沿检测的指令 另一种是对触点跳变沿直接检测的梯形图方块指令 FP和FN检查指令检测到RLO跳变沿时 产生一个扫描周期的信号 1 即检测的是在RLO中表现出的变化 而不是触点的状态变化 一般情况下 RLO可能由一个逻辑串形成 并不单独与某触点的状态直接相关 POS 和 NEG 指令为触点跳变沿检测指令 指令前的RLO作为静态允许 被检测的位 触点 作为动态监视 CPU将的当前触点状态与存在中的上次触点状态相比较 检测到触点跳变沿时 在输出上产生一个扫描周期的 1 状态 Page173习题 第6章 14 A AI0 0AM10 1OAM10 0ANI0 1OI0 2 A AI0 0ANI0 1OANI0 0AI0 1 AI0 3 Q4 0 15 Network1 Network2 Network1AI1 0AI1 1 M0 0AM0 0 Q4 0 Network2AI1 1ANQ4 2RM2 0AI2 0SM2 0AM2 0 Q9 0 Page173习题 第6章 16 A AI0 0AI0 1ONI0 2 ANI0 3 Q4 0 Q4 1 Q4 2 17 Q4 2 Q4 1 PLC端子配置图 若停止按钮SB3选用动合触点 Q4 2 Q4 1 I0 2 若停止按钮SB3选用动合触点 Page188习题 5 参考Page175 180 脉冲定时器 SP 扩展脉冲定时器 SE 定时器的种类接通延时定时器 SD 保持型接通延时定时器 SS 关断延时定时器 SF Page188习题 13 3h40min 试设计一个3h40min的长延时电路程序 定时器最长延时 时基 10s 999 9990s 2h46m30s3h40min 220min 13200s 9990s 2h46m30s需要多次计时或使用计数器 多次启动定时器 T T0 T1 Tn 定时器 计数器结合使用100s 132 13200另外一种思路 利用cpu时钟存储器计数得到 第5位1Hz 1s 132 132s 132s 100 13200s 2个计数器 一个计数器对1Hz脉冲计数288次 另一个计数器对前一个计数器动作计数100次即可 解1 多次启动定时器 T T0 T1 Tn Page188习题 13 解2 Page188习题 13 3h40min 660 660 s 10 解3 Page188习题 13 解4 解5 M10 1 100 I0 0 Page188习题 14 要求 当输入接通时 输出Q0 0闪烁 接通和断开交替进行 接通时间为1s 断开时间为2s 参照P182例题 用定

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