四层电梯PLC控制系统设计

湖南理工学院课程设计论文

学号14132100956

PLC课程设计

题目：基于PLC的四层电梯模拟控制研究

作 者 彭翼 届 别 2013届

学 院 信息与通信工程学院 专 业 自 动 化

指导教师 万军华 职 称 副教授

完成时间 2016年12月

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目 录

引言 ............................................................................................................... 第1章系统的总体设计 ............................................................................ 5

1.1 电梯的控制系统简介 .......................................... 5 1.2 电梯控制系统的原理与要求 .................................... 6

1.2.1 电梯位置的确定（平层信号）............................ 6 1.2.2 轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号...................... 6 1.2.3 电梯运行时的信号响应................................. 7 1.2.4 电梯的启动........................................... 7 1.2.5 电梯的平层与停车..................................... 7

第2章plc硬件设计 ................................................................................ 8

2.1 可编程控制器机型的选择 ...................................... 8

2.1.1 输入/输出点的估算：.................................. 8 2.1.2 内存容量的估算...................................... 8 2.2 输入/输出点分配 ............................................. 8 2.3 PLC外部接线图............................................... 9

第3章plc软件设计 .............................................................................. 11

3.1 STEP 7编程软件的编程语言................................... 11 3.2四层电梯控制的梯形图........................................ 12 3.3四层电梯控制的语句表........................................ 24 3.4四层电梯程序的调试.......................................... 30

结 论 ....................................................................................................... 31 设计总结 .................................................................................................. 32 谢 辞 ......................................................................................................... 33 参考文献 .................................................................................................. 34

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引言

1．控制要求

1）采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮SB11和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁YA1和YA2控制，关门到位由行程开关ST5检测。此外还有电梯载重超限检测压力继电器KP以及故障报警电铃HA。控制信号说明如表1-1所示。

表1-1 四层电梯控制信号说明

输 入 文字符号 SB1 SB2 SB3 SB4 SB11 SB21 SB22 SB31 SB32 SB41 SB5 SB6 SB7 说 明 电梯内一层按钮 电梯内二层按钮 电梯内三层按钮 电梯内四层按钮 一层上升呼叫按钮 二层上升呼叫按钮 二层下降呼叫按钮 三层上升呼叫按钮 三层下降呼叫按钮 四层下降呼叫按钮 电梯开门按钮 电梯关门按钮 检修开关 输 出 文字符号 H1 H2 H3 H4 H11 H21 H22 H31 H32 H41 KM1 KM2 YA1 说 明 电梯内一层按钮指示灯 电梯内二层按钮指示灯 电梯内三层按钮指示灯 电梯内四层按钮指示灯 一层上升呼叫按钮指示灯 二层上升呼叫按钮指示灯 二层下降呼叫按钮指示灯 三层上升呼叫按钮指示灯 三层下降呼叫按钮指示灯 四层下降呼叫按钮指示灯 电动机正转接触器 电动机反转接触器 电梯开门电磁铁

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ST1 ST2 ST3 ST4 ST5 SP FR 电梯一层到位限位开关 电梯二层到位限位开关 电梯三层到位限位开关 电梯四层到位限位开关 电梯关门到位限位开关 电梯载重超限检测 电动机过载保护热继电器 YA2 HA 电梯关门电磁铁 电梯故障报警电铃 2）．楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。

3）．电梯运行时，电梯开门与关门按钮不起作用，电梯到达停在各楼层时，电梯开门与关门动作可由电梯开门与关门按钮控制，也可延时控制，但检测到电梯超重时，电梯门不能关闭，并由报警电铃发出报警信号。

4）．电梯最大运行区间为三层距离，若一次运行时间超过30s，则电动机停转，并由 HA报警。

5）．检修开关SB7接通时，电梯下行停在一层位置，进行检修，其他所有动作均不相应

6）．电梯拖动电动机控制电路有各种常规电气保护，如短路保护、过载保护、正反转互锁等。 7）．相关参数：

①拖动电动机M：5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。 ②指示灯H：0.25W，DC24V。 ③电铃HA：8W，AC220V。 ④电磁铁YA：100mA，AC220V。

2、设计内容及步骤

1）.总体方案的确定

根据控制要求，确定总体方案。 2）.正确选用电气控制元件和PLC

根据选用的输入输出设备的数目和电气特性，选择合适的PLC，要求进行电气元件的选用说明。

3）.分配I/O点，画出I/O连线图

根据选用的输入输出设备，确定I/O端口。依据输入输出设备和PLC的

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I/O端口分配关系，画出I/O连线图。 4）.程序设计说明及过程分析

要求绘制控制系统流程图，详细进行程序设计过程的分析说明，设计简单、可靠的控制程序。

5）. 对系统工作原理进行分析，最后审查控制实现的可靠性 检查系统功能，完善控制程序。 6）.编写设计说明书

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第1章系统的总体设计

1.1 电梯的控制系统简介

通过对电梯工作原理分析得出流程图1-1，主电路图2-1电梯的控制系统大致有以下几部分组成：（1）运行（2）停机、开门。为实现运行须有上升，下降信号，进而相匹配的上升下降信号的保持及消除须考虑。为实现停机开关门控制，须有平层信号，停车信号及停车后停车信号的消除。主要程序设计完后，需考虑手动自动开关门，过载保护，检修信号，开门与运行互锁等。因此本系统有开关门控制、轿内指令登记与消号、厅外召唤登记与消号、定向选层线路等模块组成。这几部分共同构成电梯的控制系统，实现电梯的登记、开关门、启动、运行、平层等各种功能。

楼层位置检测 关门 呼梯 开门 判断升降 停机 启动 到指定楼层并平层 图1-1工作流程图

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图1-2主电路图

1.2 电梯控制系统的原理与要求

1.2.1 电梯位置的确定（平层信号）

电梯的运行需要准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关，如限位开关，当轿厢上装置碰到限位开关时，发出位置信号，指示电梯停于哪层。

1.2.2 轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号

司机及乘客可按下轿厢内操作盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号。按钮按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，按电梯集选控制原则，电梯上行时，应响应层站的上呼叫信号，下行时，响应下呼叫信号。在上

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行时应保留层站的下呼信号，在下行时应保留层站的上呼信号这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号。例如电梯从三层执行下行信号到一层，同时有二层上行的外唤信号，则电梯下行至二层时不停车即不响应该外唤信号，等到电梯上行时才响应，因此该外唤信号须保持，直到响应为止。

1.2.3 电梯运行时的信号响应

电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯运行的运行方向。在定向时，根据电梯轿厢内乘客欲往层楼的位置信号或各层楼大厅乘客的召唤信号位置与电梯所处层楼的位置信号进行比较，门厅信号和内选信号都做为输入信号与电梯位置信号进行比较，凡是在电梯位置信号上方向的轿内或层楼厅外召唤信号，则电梯属上行状态；凡在其下方向的，则定下行状态。而且规定在运行方向确定之后只有同方向的才能截梯，反向不能截梯，不响应中途的方向呼唤要求，直到到达本反方向的最远战点才开始返程。要保持最远层楼召唤信号所要求的电梯运行方向，而不能轻易地更改，这样以保证最高层楼(或最低层楼)乘客的乘用电梯，而只有在电梯完成最远层楼乘客的要求后，方能改变电梯运行方向。同时轿内指令信号优先于各层楼厅外召唤信号而定向，即当空轿厢电梯被某层厅外乘客召唤到达该层后，某层的乘客即可进入电梯轿厢内而先按指令按钮令电梯定上行方向(或下行方向)，如果召唤信号指令电梯的运行方向有别于已进入轿厢内的乘客要求指令电梯的运行方向，则电梯的运行方向应由已进入轿厢内的乘客要求而定向，而不是根据其他层楼厅外乘客的要求而定向。因此需要电梯的正反转记忆信号，即记忆电梯是在上行方向还是下行方向，直到上行方向(或下行方向)信号执行完之后才执行下行方向(或正行方向)信号。

1.2.4 电梯的启动

轿厢的运行方向确定，轿厢已关好门时才启动运行。

1.2.5 电梯的平层与停车

停车需平层信号和停车信号同时有效才执行。

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第2章plc硬件设计

2.1 可编程控制器机型的选择

为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。本系统为四层楼的电梯,采用集选控制方式。所需输入/输出点数与内存容量估算如下:

2.1.1 输入/输出点的估算：

采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮SB11和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H31，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开关SQ1～SQ4。电梯内有一至四层呼叫按钮SB1～SB4和指示灯H1～H4；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁YA1和YA2控制，关门到位由行程开关SQ5检测，开门到位由行程开关SQ6检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有电动机过载保护热继电器FR，电梯载重超限检测SP，检修开关SB7，电梯故障报警电铃HA。输入点共有21个，输出点共有15个,总共36个。

2.1.2 内存容量的估算

用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。本系统有开关量I/O总点数有36个，模拟量I/O数为0个。利用估算PLC内存总容量的计算公式:

存字数=开关量I/O总点数×(10～15)+模拟量I/O总点数×(150～250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1K字节的内存容量。

综合I/O点数以及内存容量，S7—200的CPU226输入，输出点数为24／16，足以满足要求。

2.2 输入/输出点分配

该系统占用PLC的36个I/O口，21个输入点，15个输出点，具体的I/O分配如表2-1所示。

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表2-1 I/O分配表

器件名称 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SB1 SB2 SB3 SB4 SB11 SB21 SB31 SB22 SB32 SB41 SB11 FR SB5 SB6 SQ5 SQ6 SP 说 明 电梯一层到位限位开关 电梯二层到位限位开关 电梯三层到位限位开关 电梯四层到位限位开关 电梯内一层按钮 电梯内二层按钮 电梯内三层按钮 电梯内四层按钮 一层上升呼叫按钮 二层上升呼叫按钮 三层上升呼叫按钮 二层下降呼叫按钮 三层下降呼叫按钮 四层下降呼叫按钮 检修开关 电动机过载保护热继电器 电梯开门按钮 电梯开门按钮 开门限位开关 关门限位开关 电梯载重超限检测 输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 器件名称 YA1 YA2 KM1 KM2 H1 H2 H3 H4 H11 H21 H31 H22 H32 H41 HA 说 明 电梯开门 电梯关门 电机正转 电机反转 电梯内一层按钮指示灯 电梯内二层按钮指示灯 电梯内三层按钮指示灯 电梯内四层按钮指示灯 一层上升呼叫按钮指示灯 二层上升呼叫按钮指示灯 三层上升呼叫按钮指示灯 二层下降呼叫按钮指示灯 三层下降呼叫按钮指示灯 四层下降呼叫按钮指示灯 电梯故障报警电铃 输出点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 2.3 PLC外部接线图

本设计的PLC外部接线图如图3-1所示.CPU226的传感器电源24V(DC)可以输出600mA电流，CPU226的输出继电器触点容量为2A，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求。

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图3-1PLC I/O接线图

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第3章plc软件设计

3.1 STEP 7编程软件的编程语言

标准的STEP 7软件包配3种基本编程语言，即梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、语言表（STL）和顺序功能图编程语言，它们在STEP 7中可以相互转换。本实验采用梯形图这种编程语言。

梯形图结构形式类似地传统的继电器控制电路，它是由图形符号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、并联接线、串联接线及继电器线圈等，每个触点和线圈都有一个编码。梯形图具有如下特点：

（1） 梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列，也是程序的执行顺序。通常每个继电器线圈为一逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑起始于母线，然后是触点的各种连接，最后经过继电器线圈终止于母线，整个梯形图呈现梯形。

（2）梯形图中的继电器不同于传统继电器控制线路中的物理继电器，它实质上是内部存储中的位触发器，因此称为“软继电器”或“软元件”。这些软元件输出继电器，辅助继电器，定时器，计数器及状态器等，它们均有无限常开触点和常闭触点。在PLC内部可以自由选取使用。如果某个位触发为“1”，表示对应的继电器线圈接通，相应的常开触点都闭合，而常闭触点都断开。

（3） 梯形图是一种形象化的编程语言，其两端的母线是没有电源连接。因此核弹头形图中不存真实的物理电流，而具有“概念”电流，是用户程序运算过程中满足输出执行条件的形象化表示方式。“概念”电流只能从左到右流动，层次的改变是从上到下。

（4）输入继电器只能从外部输入信号驱动，而不能由内部其他触点驱动。因此在梯形图中只能出现输入继电器的触点而不出现线圈，输入继电器的触点状态即表示相对应的输入信号的变化。

（5）输出继电器用于PLC的输出控制，它是通过外输出触点驱动外部执行器。因此，在梯形图中的某个输出继电器的线圈接能时，表示在对应的输出端子上有输出信号。

（6）PLC内部其他软元件的触点不能驱动外部执行器，它们只供PLC内部使用。

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（7）当PLC处于运行状态时，CPU接梯形图中元件排列顺序从上而下处理。

3.2四层电梯控制的梯形图

根据设计要求，可绘出梯形图控制程序。程序如下：

四楼平层 检修 外呼信号与内呼信号不同在于外呼信号的取消得考虑呼叫信号与运行方向是否一致，不一致时到相应层后不能电机正转 取消，因为呼叫未得到满足。

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一楼平层信号，即电梯到达一楼， 二楼限位开关 当层的平层信号用上层或下层的平层信号关断 一楼限位开关 三楼限位开关

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M2.2 M2.3 M2.4形成总的上行信号M2.0 反转互锁 报警 各层停车 关门 热继电器 假设原来无上行记忆即M8.0断，且下降常闭触电M2.1断，及时有上行信号M2.0得电，电机也不正转，即仍下行，实现反向不能截梯

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M2.5 M2.6 M2.7形成总的下行信号M2.1

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外呼信号截梯不成时得保持停车停车信号取消 信号，因此设立M1.0—M1.5外呼梯停车信号保持 反转 正转

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内呼梯停车保持信号不同于外呼梯信号，内呼梯不用考虑电机正反转，具有优先性

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停车保持信号和平层信号形成停车信号，实现停车

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运行状态 关门互锁 开门限位 开门后停止定时 在各层停车状态 关门限位开关 过载超限 关门

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3.3四层电梯控制的语句表

Network 1 // Network Title // 外唤信号的登记与消除 O Q0.3 ALD // 四楼下呼 LD I1.5 O Q1.5 AN M4.3 AN I1.6 = Q1.5 Network 2 // 三楼上呼 LD I1.2 O Q1.2 LDN M4.2 O Q0.3 ALD AN I1.6 = Q1.2 Network 3 // 三楼下呼 LD I1.4 O Q1.4 LDN M4.2 O Q0.2 ALD AN I1.6 = Q1.4 Network 4 // 二楼上呼 LD I1.1 O Q0.1 LDN M4.1

AN I1.6 = Q0.1 Network 5 // 二楼下呼 LD I1.3 O Q1.3 LDN M4.1 O Q0.2 ALD AN I1.6 = Q1.3 Network 6 // 一楼上呼 LD I1.0 O Q1.0 AN M4.0 AN I1.6 = Q1.0 Network 7

// 内指令的登记与消除 // 内呼一楼 LD I0.4 O Q0.4 O I1.6 AN M4.0 = Q0.4 Network 8 // 内呼二楼 LD I0.5

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3.4四层电梯程序的调试

本次设计采用软件进行模拟控制。首先在WINDOWS环境下打开软件，向软件中载入程序，运行软件实现对ＰＬＣ过程的监控功能。根据实验要求，动作相应开关，模拟电梯控制系统的工作过程。在实验过程中要注意观察程序运行的变化过程。调试图像如下

以二楼内呼为例说明调试过程，初始I0.0得电即电梯停在一层（同时M4.0一楼平层得电），后I0.5得电（二楼内呼信号）Q0.5亮，M4.0得电同时M2.2(一楼上行信号)得电，产生上升信号M2.0，M0.2得电（电机正转）电梯上升，随后I0.1（二楼限位开关）得电表明电梯到达二楼M4.1得电（二楼平层信号）产生M3.5（二楼停车）信号，M0.0得电（电机停），T37开始定时2秒后开门，后I2.2得电（开门到位调试时保持得电5秒以上再断）T38定时5秒后Q0.1(关门)得电，开始关门，后I2.3（开门到位）得电，后Q0.1断开（关门动作完成），正反转互锁解除，可响应下一呼叫。经测试符合要求。

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结 论

在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。此设计主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对四层升降电梯的控制。

利用梯形图可以很直观的看出电梯运行过程。利用可编程控制器控制升降电梯，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层相应的输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。

本次设计达到了预定的设计目的。利用可编程控制器技术，充分利用了数字化电子控制技术，通过合理的设别选型、软件设计，提高了电梯运行的可靠性和运行效率，使电梯结构紧凑、噪音降低、维修简单、故障率低，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。具有一定的经济效益和社会效益。

同时发现有需要改进的地方：

（1）电梯关门时若有人正在进如何不夹住人，虽然本设计中只要关门限位开关未闭合，人都可以进，但关门过程中关门电磁铁一直得电，一直工作，虽不会出故障但可能会夹住人，存在安全隐患，若增加两个关门感应器当感应到有人进时，关门电磁铁延时得电会使设计更人性化。

（2）电梯在停车时电动机须有减速过程，这样停车更平稳，可以用变频器调节电动机转速。

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设计总结

通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，设计中遇到了不少困难，须查阅资料，找老师，一个困难的解决，就是一次知识和经验积累的过程，让我明白了真正设计出成果的不易，更加认识到知识的力量，让我在以后的工作和学习过程中可以时刻提醒自己。

通过完成此次课题，我对电梯和PLC及电梯有了一些新的看法。电梯作为当今高层建筑中的交通工具，为了更好地满足用户的要求，方便人们。它将随之不断改进，使之更加舒适、安全、可靠、方便。在舒适方面可以采用变频调速，让人感觉犹如平地。从方便来看，可以用微机智能控制，实现智能化。为配合楼层的伸高，更要开发安全的高速电梯。

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谢 辞

在课程设计过程中，我遇到了许许多多的困难。首先我要感谢我的指导老师王宗才老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导。有了王老师的耐心指导我才得以解决课程设计中遇到的种种问题，这次设计才能进行的有序。除了敬佩王老师的专业水平以外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在课程设计的过程中，我也受到了周围同学的帮助，让我的课程设计能更加轻松的完成如果没有他们的帮助，此次课程设计的完成将变得困难。他们在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。

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参考文献

[1] 程宪平.机电传动与控制 。华中科技大学出版社，2003.

[2] 吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用。机械工业出版社，2003.

[3] 陈立定，吴玉香，苏开才.电气控制与可编程控制器。华南理工大学出版社.2001. [4] 陈立定.电器控制与可编程控制器.广东：华南理工大学出版社，2001. [5] 吴中俊、黄永红.可编程程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，2003.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/be56.html