自动洗衣机PLC控制系统设计.doc

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1、青岛飞洋职业技术学院毕 业 论 文论文题目: 自动洗衣机PLC控制系统设计 题 目 自动洗衣机PLC控制系统设计 班 级 09级电气自动化一班 专 业 电气自动化 学生姓名 指导教师 日 期 _2012_年 1 月_10_日_目录第一章 全自动洗衣机PLC控制系统设计.4 1.1 PLC 特点.4 1.2 PLC 控制系统设计的基本原则.5 1.3 PLC I/O模块的选择步骤与原则.5第二章 全自动洗衣机控制系统简介和设计要求.9 2.1全自动洗衣机的基本结构、工作流程与工作原理.9 2.2全自动洗衣机控制要求.12第三章 全自动洗衣机控制系统的PLC选型与配置要求.13 3.1全自动洗衣机

2、控制系统硬件接线图.13 3.2全自动洗衣机功能模块概述.13第四章 全自动洗衣机的PLC控制与调试.14 4.1通道分配图.14 4.2全自动洗衣机编程梯形图.15设计总结.23参考文献.23 自动洗衣机PLC控制系统设计摘要Based on PLC automatic washing machine control system design and researchProgrammable controller (PLC) is the computer technology as the core of the general automatic control device, its

3、 functional sex is strong high reliability, programming are simple and easy to use, volume is small and exquisite, is one of the pillars of the main industrial automation.As people material life rich, full automatic washing machine that is become each family indispensable one of electrical, this pap

4、er introduces the control system based on PLC automatic washing machine control system, which can improve the existing technology, to reduce the cost to improve reliability.Keywords: automatic washing machine; Programmable controller; Reduce the cost; Simplified structure基于PLC全自动洗衣机控制系统的设计与研究可编程控制器(

5、PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,是工业自动化的主要支柱之一。随着人们物质生活的丰富,全自动洗衣机即成为每个家庭不可缺少的电气之一,本文介绍了基于PLC控制系统组成的全自动洗衣机控制系统,其可改进现有技术,有利于降低成本提高可靠性。关键词:全自动洗衣机;可编程控制器;降低成本;简化结构第一章 全自动洗衣机PLC控制系统设计1.1PLC特点 (1) 可靠性高,抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生

6、产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。(2) 配套齐全,功能完善,适用性强PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻

7、辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 (3) 易学易用,深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门

8、。(4) 系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5) 体积小,重量轻,能耗低 以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。1.2 PLC 控制系统设计的基本原则设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象(生产设备或生产过程)的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。因

9、此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则:(1) PLC的选择除了应满足技术指标的要求外,还应重点考虑该公司产品的技术支持与售后服务的情况。一般在国内应选择在所设计系统本地有着较方便的技术服务机构或较有实力的代理机构的公司产品,同时应尽量选择主流机型。(2) 最大限度的满足被控对象的控制要求。设计前,应深入现场进行调查研究,搜索资料,并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合,共同拟订电气控制方案,协同解决设计中出现的各种问题。(3) 在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济,使用及维修方便。(4) 保证控制系统的安全、可靠。(5) 考虑到生产的发展和工艺的改进,在选择PLC容

10、量时,应适当留有俗量。当然对于不同的用户要求的侧重点有所不同,设计的原则应有所区别。如果以提高产品产量和安全为目标,则应该将系统可靠性放在设计的重点,甚至考虑采用冗余控制系统;如果要求系统改善信息管理,则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化。1.3 PLC I/O模块的选择步骤与原则 一般IO模块的价格占PLC价格的一半以上。PLC的IO模块有开关量IO模块、模拟量IO模块及各种特殊功能模块等。不同的IO模块,其电路及功能也不同,直接影响PLC的应用范围和价格,应当根据实际需要加以选择。(一)开关量IO模块的选择1. 开关量输入模块的选择 开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号,将信

11、号转换为PLC内部接受的低电压信号,并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面:1)输入信号的类型及电压等级 开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短,还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接;交流输入模块可靠性好,适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 开关量输入模块的输入信号的电压等级有:直流5、12、24、48、60等;交流110、220等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5、12、24用于传输距离较近场合,如5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选

12、用输入电压等级较高的模块。2)输入接线方式 开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式,如图6-2所示。图6-2开关量输入模块的接线方式a)汇点式输入 b)分组式输入 汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端(COM);而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组,每一组(几个输入点)有一个公共端,各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高,如果输入信号之间不需要分隔,一般选用汇点式的。3)注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等),应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60。4)输入门槛电平 为了提高系统的可靠性,必须考虑输入门

13、槛电平的大小。门槛电平越高,抗干扰能力越强,传输距离也越远,具体可参阅PLC说明书。2. 开关量输出模块的选择 开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号,并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面:1)输出方式 开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。 继电器输出的价格便宜,既可以用于驱动交流负载,又可用于直流负载,而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小,同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但其属于有触点元件,动作速度较慢(驱动感性负载时,触点动作频率不得超过1HZ)、寿命较短、可靠性较差,只能适用于不频繁通断的场合。 对于

14、频繁通断的负载,应该选用晶闸管输出或晶体管输出,它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流负载。2)输出接线方式 开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式,如图6-3所示。图6-3 开关量输出模块的接线方式a)分组式输出 b)分隔式输出 分组式输出是几个输出点为一组,一组有一个公共端,各组之间是分隔的,可分别用于驱动不同电源的外部输出设备;分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端,各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出,也有分隔式输出。3)驱动能力 开关量输出模块的输出电流(驱动能力)

15、必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大,输出模块无法直接驱动,可增加中间放大环节。4)注意同时接通的输出点数量 选择开关量输出模块时,还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值,如一个220V2A的点输出模块,每个输出点可承受2A的电流,但输出公共端允许通过的电流并不是16A(82A),通常要比此值小得多。一般来讲,同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60。5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关 开关量输出模块的技术指标,它与不同的负载类型密切相

16、关,特别是输出的最大电流。另外,晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低,在实际使用中也应注意。(二)模拟量IO模块的选择 模拟量IO模块的主要功能是数据转换,并与PLC内部总线相连,同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入(AD)模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量;模拟量输出(DA)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。 典型模拟量IO模块的量程为-10V+10V、0+10V、420mA等,可根据实际需要选用,同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。 一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块,可用来直接接收低电平信号(如RTD、热电偶等信

17、号)。(三)特殊功能模块的选择 目前,PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的IO模块,有的还推出了自带CPU的智能型IO模块,如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。第二章 全自动洗衣机控制系统简介和设计要求2.1全自动洗衣机的基本结构、工作流程与工作原理1.全自动洗衣机的基本结构1)全自动滚筒式洗衣机基本结构图;2)全自动滚筒式洗衣机外观功能结构图;3)全自动波轮式洗衣机基本结构图目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类。1)前置式侧开门滚筒式洗衣机 发明最早的是前置式侧开门滚筒式洗衣机,这种洗衣机是欧洲发明的,擅长洗涤真丝、棉毛等面料,不缠绕无磨损,在洗涤时

18、保证衣物不受损害,而且有良好的加温措施。但也有它不好的一面,由于不缠绕无磨损洗涤方式等因素,这种洗衣机洗涤时间长、洗净度差、用水用电量大,是其它洗衣机的几倍,尤其是采用了不锈钢内筒,产生的噪音较大。这种洗衣机适用于生活水平较高,穿着大体以真丝、纯毛、棉毛之类较高档的面料为主,而且更换衣服较勤的家庭。2)波轮上开门洗衣机 发明最晚的洗衣机是亚洲人发明的波轮上开门洗衣机。市场上有多种品牌,如“小天鹅”、“海棠”、“荣事达”等,这种洗衣机的特点是洗涤时间短,用水量小,洗净度高,是滚筒式的很多倍,由于内筒是塑料材料制成,噪音小,而且上开盖,能使洗涤液反复利用,价格也比较经济。这种洗衣机适用于居住在绿化

19、较差,空气尘埃量较大,平均每2至3天换一次衣服的家庭,主要以洗净度为主,服装面料以化纤、腈纶为主。3)搅拌式洗衣机 另外一种是美洲人发明的“搅拌式”洗衣机,由于美洲风沙比较大,人们主要穿着牛仔服装之类粗厚面料的服装,所以他们适用搅拌式洗衣机,这种洗衣机洗净度非常高,是波轮式洗衣机的十几倍,但由于洗净度和磨损率成正比,所以很损伤衣物,这种洗衣机市场上很少见。 2.工作流程3.工作原理 全自动洗衣机的工作原理及构造全自动洗衣机全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识,以下就其原理和构造作一分析。洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下,将污垢拉入水中

20、来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片间的洗涤液,在离心力的作用下被高速甩向桶壁,并沿桶壁上升。在波轮中心处,因甩出液体而形成低压区,又使得洗涤液流回波轮附近。这样,在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下,作螺旋式回转,吸入中心后又被甩向桶壁,与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区,衣物易被吸在波轮附近,不断地与波轮发生摩擦,如同人工揉搓衣物,污垢被迫脱离衣物。 其次,当衣物被放进洗涤液之后,由于惯性作用运动缓慢,在水流与衣物之间存在着速度差,使得两者发生相对运动,水流与衣物便发生相对摩擦,这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣涌形状的不规则,当旋转着的水流碰到桶

21、壁后,其速度和方向都发生了改变,形成湍流。在湍流的作用下,衣物做无规则地运动并翻滚,其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长,衣物相互相摩擦,增大了洗涤的有效面积,提高衣物的洗净的均匀性。 全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断:从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时,移动铁芯在重力和弹簧力的作用下,紧紧顶在橡胶膜片上,并将膜片的中心小孔堵塞,这样阀门关闭,水流不通。当电磁线圈通电后,移动铁芯在磁力作用下上移,离开膜片,并使膜片的中心小孔打开,于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力,膜片上方

22、压强迅速减小,膜片将在压力差的作用下上移,闭门开启,水流导通。水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后,贮气室口很全自动洗衣机XQB60-168B快被封闭,随水位上升,贮气室的水位也上升,被封闭的空气压强亦增大,水位开关中的波纹膜片受压而胀起,推动顶杆运动而使触点改变,从而实现自动通断。智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况,决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。其方法是:在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转,平稳后快速断电,洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。此时,电机绕组产生反电动势,对其半波整流并放大整形

23、后获得一矩形脉冲系列。通过分析脉冲个数和脉冲宽度。就能得到衣质衣量情况。衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器,使红外光通过水而进入另一侧的接收管。若水的透明度低,接收管获得的光能小,说明衣物较脏。脱水时采用压电传感器。当脱水桶高度旋转时,从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上,根据这个压力变化,自动停止脱水运转。2.2全自动洗衣机控制要求全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制运行”两种控制方式。 1.正常运行 “正常运行”方式具体控制要求如下: (1)将水位通过水位选择开关设在合适的位置(高、中、低),按下“启动”按钮,开始进水,达到设定

24、的水位(高、中、低)后,停止进水。 (2)进水停止2s后开始洗衣。 (3)洗衣时,正转30s,停2s,然后反转30s,停2s。 (4)如此循环共5次,总共320s后开始排水,排空后脱水30s。 (5)然后再进水,重复(1) (4)步,如此循环共2次。 (6)洗衣过程完成,报警3s并自动停机。 2.强制停止 “强制停止”方式具体控制要求如下: (1)若按下“停止”按钮,洗衣过程停止,即洗涤电机和脱水桶停止转动、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合。 (2)可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。 【注】“正常运行”和“强制停止”两种模式的运行是一样的。第三章 全自动洗衣机控制系统的PLC选型

25、与配置要求3.1全自动洗衣机控制系统硬件接线图1控制系统硬件接线图全自动洗衣机控制系统硬件接线图见所附图纸。2PLC外形图全自动洗衣机控制系统选择西门子公司的S7-200系列PLC(6ES7 214-1AD23-0XB0)作为控制单元,如图1-3所示为所选PLC外形图。图1-3 PLC(6ES7 214-1AD23-0XB0)外形图3I/O地址分配由于S7-200 224 CPU模块有14点数字量输入,10点数字量输出,所以不需要再增加扩展模块。模块上的输入端对应的输入地址是I0.0I1.2,输出端对应的输出地址是Q0.0Q1.03.2全自动洗衣机功能模块概述CPU模块采用西门子公司的6ES7

26、 214-1AD23-0XB0模块。由于该模块采用直流24V供电(直流晶体管输出),有14点数字量输入和10点数字量输出,完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求,所以不在需要另外的数字量输入/输出模块。第四章 全自动洗衣机的PLC控制与调试4.1通道分配图系统资源分配1.数字量输入部分全自动洗衣机控制系统的输入有启动、停止、高水位、中水位、低水位、手动排水和手动脱水按钮以及高水位、中水位、低水位和排空检测开关共11个输入点。具体的输入分配如表1-1所示。 表1-1 输入地址分配名称符号地址启动按钮SB1I0.0停止按钮SB2I0.1高水位按钮SB3I0.2中水位按钮SB4I0.3低水位按钮SB5

27、I0.4排空检测开关ST1I0.5高水位检测开关ST2I0.6中水位检测开关ST3I0.7低水位检测开关ST4I1.0手动排水按钮SB6I1.1手动脱水按钮SB7I1.22.数字量输出部分全自动洗衣机控制系统的外部设备有进水电磁阀、排水电磁阀、正/反转洗涤电动机、蜂鸣器、指示灯等。具体的输出分配如表1-2所示。表1-2 输出地址分配名称符号地址启动指令J1Q0.0进水阀控制继电器J2Q0.1电动机正转及脱水继电器J3Q0.2电动机反转继电器J4Q0.3排水阀控制继电器J5Q0.4报警蜂鸣器HAQ0.5高水位指示灯HL1Q0.6中水位指示灯HL2Q0.7低水位指示灯HL3Q1.03.定时器部分具

28、体的定时器分配如表1-3所示。表1-3 定时器分配定时器功能T37延时2秒开始洗涤T38洗涤正转定时30秒T39洗涤反转定时30秒T40脱水定时30秒T30报警定时3秒4计数器部分具体的计数器分配如表1-4所示。表1-4 计数器分配计数器功能C1洗涤循环计数5次C2清洗和漂洗计数3次4.2全自动洗衣机编程梯形图源程序1.启动全自动洗衣机Q0.0是启动输出,M0.1是启动辅助继电器,当洗衣机的启动按钮按下时,Q0.0和M0.1得电。它的指令程序为:Network 1 开始洗涤LD I0.0O M0.1AN C2AN I0.1= M0.1= Q0.0 所对应的梯形图如图1-5所示图1-5 启动指令

29、梯形图2.进水阀控制洗衣机启动后,再按下水位选择开关,进水电磁阀得电,洗衣机开始进水。当所选择水位的限位开关动作后,进水电磁阀释放,洗衣机停止进水。它的指令程序为:Network 2 进水阀控制LD M0.1EULD I0.5EUOLDO M0.3AN M0.2= M0.3Network 3LD I0.2AN I0.6LD I0.3AN I0.7OLDLD I0.4AN I1.0OLDA M0.3= Q0.1Network 4LD Q0.1EDTON T37, +20Network 5LD T37O M0.2AN C1A M0.1= M0.2所对应的梯形图如图1-6所示图1-6进水阀控制梯形图

30、3.洗涤控制当进水电磁阀释放2秒后,洗衣机开始洗涤。洗涤时,正转30秒,停2秒,然后反转30秒,停2秒,然后反转30秒,停2秒,如此循环5次,总共320秒。它的指令程序为:Network 6 正转及脱水控制LD M0.2AN T38AN Q0.3A M0.1LD I0.5AN T40AN Q0.3A M0.1OLDLD I1.2AN M0.1OLD= Q0.2Network 7LD M0.2AN T39TON T38, +300Network 8 反转控制LD T38AN T39AN I0.5A M0.1= Q0.3Network 9LD Q0.3TON T39, +300Network 10

31、LD T39EDLD T40EDCTU C1, +5所对应的梯形图如1-7所示图1-7洗涤控制梯形图4.出水阀控制当洗涤循环5次结束后,排水电磁阀得电,洗衣机开始排水。它的指令程序为:Network 11 出水阀控制LD C1LD I1.1AN M0.1OLD= Q0.4所对应的梯形图如图1-8所示图1-8出水阀控制梯形图5.脱水计时当排空检测限位开关动作后,开始30秒脱水。它的指令程序为:Network 12 脱水计时LD I0.5TON T40, +300所对应的梯形图如图1-9所示图1-9脱水计时梯形图6.清洗和漂洗计数脱水结束后,洗衣机开始清洗,开始进水直到选择的水位,2秒钟后开始清洗

32、。清洗时,正转30秒,停2秒,然后反转30秒,停2秒。循环5次后,开始排水,排空后脱水30秒。一共清洗2遍。它的指令程序为:Network 13 清洗和漂洗计数LD M0.2EDLDN M0.1CTU C2, +3所对应的梯形图如图1-10所示图1-10清洗和漂洗计数梯形图7.报警输出清洗完成后,报警3秒并自动停机。它的指令程序为:Network 14 报警输出LD M0.1TOF T30, +30Network 15 LDN M0.1A T30= Q0.5所对应的梯形图如图1-11所示图1-11报警输出梯形图8.水位指示显示全自动洗衣机的水位。它的指令程序为:Network 16 水位指示L

33、D I0.6= Q0.6Network 17 LD I0.7= Q0.7Network 18LD I1.0= Q1.0所对应的梯形图如图1-12所示图1-12水位指示梯形图设计总结近五周的毕业论文设计可以说式让我身心都感到十分疲劳,但我从中却收获了很多,最终的成功让我感到我的付出是值得的,它让我对PLC的应用与功能有了更深的了解,更加强了对GX软件梯形图的应用与掌握。本次论文设计中我感觉到最难掌握的就是系统从暂停点重新启动。经过反复的推演与换算,认真的思考与检验中我终于得到了解答,采用断电保存的步骤和断电保存时间继电器可以很完美的实现。更使我了解到任何物品的设计与研发都是建立在扎实的基础之上的。也看到了实践与理论的差距,从而改变了自身观点,对待学习和生活有了更严谨的认识。参考文献1史国生 电气控制与可编程控制技术 北京 化学工业出版社 2010 2张万忠 可编程控制器应用技术 北京 化学工业出版社 20023王永华 现代电器即可编程控制技术 北京 北京航空航天大学出版社 20024胡学林 可编程控制器应用技术 高等教育出版社 2000年 8月 第一版5自动化网论坛 全自动洗衣机PLC控制6plc之家7西门子(中国)自动化与驱动集团网站8蒋金周 全自动洗衣机的PC控制

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