可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。

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一、PLC的基本工作原理

PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式

1．每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新。

2．輸入刷新過程，當輸入端口關(guān)閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。

3．一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。

4．元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。

5．掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非?？斓?。

6．由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。

二、PLC的選型

據(jù)了解， 選擇適當型號的PLC 機是設(shè)計中至關(guān)重要的一步。目前，國內(nèi)外 PLC 生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC 品種已達數(shù)百個，其性能各有特點，價格也不盡相同。所以，在設(shè)計時，首先要根據(jù)機型統(tǒng)一的原則來考慮，盡可能考慮采用與本企業(yè)正在使用的同系列的 PLC 機，以便于學習、掌握、維護的方便性，備品配件的通用性，且可減少編程的投資。在此基礎(chǔ)上還要充分考慮下面因素，以便選擇最佳型號的 PLC 機：

1 、 I ／Ｏ設(shè)備的數(shù)量和性質(zhì)

在選擇PLC 時，首先應(yīng)對系統(tǒng)要求的輸入、輸出有詳細的了解，即輸入量有多少，輸出量有多少，哪些是開關(guān) ( 或數(shù)字 ) 量，哪些是模擬量，對于數(shù)字型輸出量還應(yīng)了解負載的性質(zhì)，以選擇合適的輸出形式 ( 繼電器型、晶體管型、雙向可控硅型 ) 。在確定了 PLC 機的控制規(guī)模后，還要考慮一定的余量，以適應(yīng)工藝流程的變動及系統(tǒng)功能的擴充，一般可按 10 ～ 15 ％的余量來考慮。另外，還要考慮 PLC 的結(jié)構(gòu)，從Ｉ／Ｏ點數(shù)的搭配上加以分析，決定選擇整體式還是模塊式的 PLC 。

據(jù)了解， 在確定了PLC 的輸入量和輸出量的點數(shù)及性質(zhì)后，就可以進一步確定各種Ｉ／Ｏ模板的型號和數(shù)量。開關(guān)量Ｉ／Ｏ模板的規(guī)格標準有 4 、 8 、 16 、 32 、 64 點，點數(shù)多的模板，每點平均價格相對較低。對開關(guān)量Ｉ／Ｏ模板的外部接線方式可分為隔離式和匯點式，隔離式的每點平均價格較高。如果信號之間不需要隔離，應(yīng)選用匯點式的Ｉ／Ｏ模板。在整體式 PLC 機中，各個Ｉ／Ｏ端子也有隔離式和匯點式之分，以滿足不同電壓等級的輸入／輸出器件的需要。

2 、 PLC 的功能

要根據(jù)該系統(tǒng)的控制過程和控制規(guī)律，確定PLC 機應(yīng)具有的功能。各個系列不同規(guī)格的 PLC 機所具有的功能并不完全相同。如有些小型 PLC 只有開關(guān)量的邏輯控制功能，而不具備數(shù)據(jù)處理和模擬量處理功能。當某個系統(tǒng)還要求進行位置控制、溫度控制、 PID 控制等閉環(huán)控制時，應(yīng)考慮采用模板式 PLC ，并選擇相應(yīng)的特殊功能的Ｉ／Ｏ模塊，否則這些算法都用 PLC 的梯形圖設(shè)計，一方面編程困難，另一方面也占用了大量的程序空間。

另外，還應(yīng)考慮PLC 的運算速度，特別是當使用模擬量控制和高速計數(shù)器等功能時，應(yīng)弄清 PLC 機的最高工作頻率是否滿足要求。

3 、用戶程序存儲器的容量

據(jù)了解， 合理確定PLC 的用戶程序存儲器的容量，是 PLC 應(yīng)用設(shè)計及選型中不可缺少的環(huán)節(jié)。一般說來，用戶程序存儲器的內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、開關(guān)量Ｉ／Ｏ總數(shù)、模擬量Ｉ／Ｏ點數(shù)及設(shè)計者的編程水平有關(guān)。

簡單的估算公式：

內(nèi)存字數(shù)＝( 開關(guān)量Ｉ／Ｏ總點數(shù)＋模擬量Ｉ／Ｏ點數(shù) X 16) X 10

式中：每個模擬量通道( 或Ｉ／Ｏ點 ) 相當 16 個開關(guān)量Ｉ／Ｏ點。在此基礎(chǔ)上，可考慮留有 20 ～ 25 ％的裕量。對于工藝比較復雜的系統(tǒng)，應(yīng)適當增加存儲器的容量，否則，當控制較復雜、數(shù)據(jù)處理量大時，可能出現(xiàn)存儲器容量不夠的問題。

三、PLC的七個基本特點

1．編程方法簡單易學

梯形圖是使用得最多的PLC的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制數(shù)字量控制系統(tǒng)的用戶程序。

2．功能強，性能價格比高

一臺PLC內(nèi)有成千上萬個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。

3．硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強

PLC產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動大多數(shù)電磁閥和中小型交流接觸器。

硬件配置確定后，通過修改用戶程序，就可以方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。

4．可靠性高，抗干擾能力強

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一以下，大大減少了因觸點接觸不良造成的故障。

PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。

5．系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少

PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。

PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種設(shè)計方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，用這種方法設(shè)計程序的時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。

可以用仿真軟件PLCSIM來模擬S7-300/400的CPU模塊的功能，用它來調(diào)試用戶程序。在現(xiàn)場調(diào)試過程中，一般通過修改程序就可以解決發(fā)現(xiàn)的問題，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。

6．維修工作量小，維修方便

PLC的故障率很低，并且有完善的故障診斷功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)信號模塊上的發(fā)光二極管或編程軟件提供的信息，方便快速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。

7．體積小，能耗低

復雜的控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可以將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2～1/10。

PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比，配線用量少，安裝接線工時短，加上開關(guān)柜體積的縮小，因此可以節(jié)省大量的費用。

四、PLC控制柜的相關(guān)知識

在如今工業(yè)生產(chǎn)中，只要涉及控制的地方，都離不開PLC，PLC柜的布置與設(shè)計，是制作PLC柜的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。

1、柜型的選擇 適用于裝PLC的柜型，通常選用固定柜，且門板為整門的柜型，如KB柜、九折柜和十六折柜等，不宜選GGD柜、固定分割柜、抽屜柜。因為PLC柜內(nèi)元件基本上為整板安裝，如果采用了柜門分割的柜型，不便于安裝和調(diào)試。對于GGD柜如果必須選用時，需做一下非標設(shè)計，將儀表門、前門和下通風門合并成一個整門，且柜體框架上取消前后橫梁，以便于安裝和維護。

2、柜體通風系統(tǒng)設(shè)計 柜體通風方案，采用前門下進風上出風的形式，后門不加進出風孔。進、出風口分別裝1個通風過濾器來防塵，外形尺寸320mm×320mm，進出風面積約008平米。由于PLC柜內(nèi)的元件發(fā)出的熱量較少，采用自然對流的方式即可，如果要加快風速，可在門板上半部的出口過濾器上，加裝1個軸流風機，向外排風，柜體的頂蓋沒有通風孔，裝無孔頂蓋。

3、行線槽規(guī)格的選擇 行線槽的規(guī)格有很多，常用的行線槽寬度為25mm、40mm、60mm、80mm、100mm，高度為40mm、60mm、80mm、100mm，顏色首選灰色。 選擇行線槽的原則通常是根據(jù)經(jīng)過此線槽的線的體積之和（含絕緣層）為線槽容量的80%左右，來選擇線槽的規(guī)格，余下的空間便于線的散熱。計算時可以用截面的關(guān)系，即線的截面之和（含絕緣層）為線槽截面的80%左右。 通常大于6平方的線纜，不宜用行線槽來管理線束，但有時為了柜內(nèi)布置整齊美觀，對于特殊的線纜，如網(wǎng)線、元器件的預(yù)制電纜等，也放進了行線槽，在裝配設(shè)計時要特殊考慮，根據(jù)線徑以及彎曲半徑來選擇線槽，將電纜整齊的放進線槽內(nèi)。

4、元器件布置的原則 柜內(nèi)元器件布置，一般是從上到下，從左向右。便于操作與維護，經(jīng)常操作或維護的元器件應(yīng)安裝在較容易觸及到的位置，從高度上講，盡量安裝在離地面400mm至1800mm的高度范圍內(nèi)。如果元器件較多，可考慮將不常操作的元器件（如直流電源）安裝在柜體高度2000mm左右的位置上，底部元件安裝位置不能低于離地面200mm，否則現(xiàn)場無法接線。布置時避免線在線槽內(nèi)反復繞，注意節(jié)約成本。

4.1穩(wěn)壓電源布置 穩(wěn)壓電源不需要經(jīng)常維護，且是發(fā)熱器件，布置在柜內(nèi)最上部，便于散熱。接線少，線槽選用40mm寬即可，線槽深度要整柜考慮，與走線量最大的線槽統(tǒng)一（線槽深度選擇下同）。穩(wěn)壓電源邊緣與線槽之間的凈距是30mm左右。

4.2PLC及各單元布置 與CPU單元相鄰的單元，最好是特殊單元和輸入單元等干擾產(chǎn)生少的單元。外部電路的電磁接觸器及繼電器類，其線圈及接點即干擾發(fā)生源，因此應(yīng)與PLC分開配置。（大致在100mm以上） 此外模塊是PLC系統(tǒng)的主要部件，需經(jīng)常進行調(diào)試維護，應(yīng)安裝在方便操作的位置。安裝模塊時自左向右排布，便于擴展。信號線較多，通常選用80mm寬的線槽，機架上端與線槽的凈距在30mm左右，機架下端與線槽的凈距在80mm左右。

4.3斷路器的布置 安裝高度以方便操作為宜，周圍不要有妨礙操作的器件。通常選用60mm寬的線槽，斷路器的上下邊緣與線槽的凈距在40mm左右。安裝時自左側(cè)開始排布，便于擴展。

4.4繼電器、端子排的布置 繼電器和端子排一般布置在柜前下部或柜后，端子排優(yōu)先采用縱向排列，內(nèi)部線和外部線的線槽要盡量分開，如圖2所示。考慮到接線習慣（左手持線，右手拿工具），一般端子左側(cè)的線槽留給客戶，便于外部線接入，右側(cè)的線槽用于內(nèi)部線管理。如果空間緊張，也可以兩列端子共用一個內(nèi)部槽或共用一個外部槽，盡量不要內(nèi)外部共用一個線槽（有串線情況除外），否則不便管理。線槽的寬度根據(jù)繼電器和端子的數(shù)量合理選擇，對于外部線，由于現(xiàn)場的進線一般含有備用 芯、屏蔽層等，線徑較粗，外部走線槽要選的盡量大

4.5交換機和光纖盒的布置 交換機和光纖盒一般布置在柜體下部，預(yù)留的走線空間，應(yīng)充分考慮網(wǎng)線和光纖的打彎半徑，盡量大些，方便現(xiàn)場網(wǎng)線和光纖的接入。

4.6柜內(nèi)照明 柜內(nèi)頂部裝照明燈，由門控開關(guān)控制。單面布置的裝1套，前后雙面布置的裝2套。開門時燈亮，關(guān)門時燈滅。

4.7接地系統(tǒng)

4.7.1接地母排 在PLC系統(tǒng)內(nèi)，所有裝有PLC設(shè)備的控制柜，均應(yīng)設(shè)置PE保護接地母排和TE防干擾接地母排。PE保護接地母排用于連接機架、電源等設(shè)備的PE接地點，與柜體直接連接。TE防干擾接地母排與柜體絕緣安裝，用于外部信號電纜的屏蔽接地。

4.7.2柜體接地 安裝元器件的安裝板等結(jié)構(gòu)件與柜體框架要可靠固定，所用連接件要墊上爪型彈墊，從安裝板底部用黃綠導線引至PE排上。柜體旋轉(zhuǎn)部件的接地，應(yīng)使用銅編織帶連接到柜體框架上。

4.7.3機架的接地 機架上有專門用于連接PE的接地螺栓，將機架連接到PE母排上。連接PE母排導線的最小截面為2mm2。

5、柜內(nèi)布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)以上布置原則，結(jié)合原理圖和分柜清單，繪制柜內(nèi)布置圖。無論是柜體、元器件還是線槽等輔料，都必須采用最大外形尺寸，按照1∶1的比例進行繪制。布置圖繪制完成后，根據(jù)元器件的位置及安裝方式，進行安裝板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，安裝板的材質(zhì)通常選用敷鋁鋅板，厚度在2.0mm～3.0mm。

6、結(jié)語 電氣控制柜在設(shè)計的過程中，必須結(jié)合實際使用需求，在進行電氣控制柜設(shè)計時，技術(shù)操作必須嚴格規(guī)范，為了讓電氣實現(xiàn)自動控制，提高電氣控制柜的制造和設(shè)計具有重要意義。

五、PLC應(yīng)用概況

開關(guān)量的開環(huán)控制

開關(guān)量的開環(huán)控制是PLC的最基本控制功能。PLC的指令系統(tǒng)具有強大的邏輯運算能力，很容易實現(xiàn)定時、計數(shù)、順序(步進)等各種邏輯控制方式。大部分PLC就是用來取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)。

模擬量閉環(huán)控制

對于模擬量的閉環(huán)控制系統(tǒng)，除了要有開關(guān)量的輸入輸出外，還要有模擬量的輸入輸出點，以便采樣輸入和調(diào)節(jié)輸出實現(xiàn)對溫度、流量、壓力、位移、速度等參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)與控制。目前的PLC不但大型、中型機具有這種功能外，還有些小型機也具有這種功能。

數(shù)字量的智能控制

控制系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖伺服裝置(如步進電動機)時，可利用PLC實現(xiàn)接收和輸出高速脈沖的功能，實現(xiàn)數(shù)字量控制，較為先進的PLC還專門開發(fā)了數(shù)字控制模塊，可實現(xiàn)曲線插補功能，近來又推出了新型運動單元模塊，還能提供數(shù)字量控制技術(shù)的編程語言，使PLC實現(xiàn)數(shù)字量控制更加簡單。

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

由于PLC主要用于現(xiàn)場控制，所以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)是十分必要的功能，在此基礎(chǔ)上將PLC與上位計算機或觸摸屏相連接，既可以觀察這些數(shù)據(jù)的當前值，又能及時進行統(tǒng)計分析，有的PLC具有數(shù)據(jù)記錄單元，可以用一般個人電腦的存儲卡插入到該單元中保存采集到的數(shù)據(jù)。PLC的另一個特點是自檢信號多．利用這個特點，PLC控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)白診斷式監(jiān)控，減少系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。

六、老電工談維修電工如何學習PLC

我們是維修電工不是電氣工程師，找準了自己的位置，明確了方向。電氣工程師不會去現(xiàn)場進行PLC接線，但是維修電工不僅要現(xiàn)場給PLC接線，而且還要掌握如何修改程序，我們就知道自己應(yīng)該掌握哪些知識，應(yīng)該從怎么學習PLC，我談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

第一，作為維修電工我們要從硬件開始學習，必須掌握PLC的I/O輸入輸出點,PLC的每個部位起什么作用的。在日常維修工作中，PLC外部最容易出現(xiàn)問題就是I/O點的損壞，需要更換到PLC的備用輸入輸出點。外部接線更改完成后，還需要更改PLC內(nèi)部的程序的I/O點的的定義，我還需要掌握軟件方面的知識。

第二點，作為維修電工我們要從軟件開始時學習，學習各種PLC編程軟件里的上載和下載在哪里操作。在維修的工作中，PLC的I/O輸入點外部更改后，內(nèi)部的程序也需要修改，這個時候我們就需要把PLC的內(nèi)部程序上載了，然后修改程序。修改完了，在下載到PLC的里。（每個品牌的PLC上傳和下載都不一樣，如果大家有興趣可以留言，我們以后再分享如何進行PLC的上傳和下載）。

第三點，作為維修電工我們要從PLC的硬件構(gòu)造也要掌握，對我們以后維修工作中，PLC出現(xiàn)問題，需要簡單的維修PLC有幫助。

1）中央處理器（CPU） 一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片內(nèi)。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入/輸出接口電路相連接。 與一般的計算機一樣，CPU是整個PLC的控制中樞，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊的進行工作。CPU主要完成下述工作： （1）接收、存儲用戶通過編程器等輸入設(shè)備輸入的程序和數(shù)據(jù)。 （2）用掃描的方式通過I/O部件接收現(xiàn)場信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中。 （3）診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。 （4） PLC進入運行狀態(tài)后，執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的處理、傳輸和存儲相應(yīng)的內(nèi)部控制信號，以完成用戶指令規(guī)定的各種操作。 （5）響應(yīng)各種外圍設(shè)備(如編程器、打印機等）的請求。 PLC采用的CPU隨機型不同而不同， 目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，中型及大型則采用雙CPU甚至多CPU系統(tǒng)。目前，PLC通常采用的微處理器有三種：通用微處理器、單片微處理器（即單片機）、位片式微處理器。

第四，作為維修電工我們要從PLC的編程語言也要掌握：

1、梯形圖語言（LD）與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；電氣設(shè)計人員易于掌握，目前在小型PLC上應(yīng)用廣泛！

2、指令表語言（IL）指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。目前基本上沒什么人使用，但是我們也應(yīng)該了解！

3、功能模塊圖語言（FBD）功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。 這是一種較新的編程方法，用方框圖的形式來表示操作功能，類似于數(shù)字邏輯門電路的編程語言。有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人很容易掌握，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關(guān)系，使編程調(diào)試時間大大減少。目前，這種語言是發(fā)展趨勢，國際電工協(xié)會正在實施發(fā)展這種新式的編程標準，而且某些PLC制造廠家，已經(jīng)在中型及大型PLC開始支持這種語言了！

4、順序功能流程圖語言（SFC），順序功能流程圖語言是為了滿足結(jié)構(gòu)化和標準化而設(shè)計的編程語言。對于負責的控制系統(tǒng)，內(nèi)部聯(lián)鎖、互鎖極其復雜的情況下，采用流程圖語言可以很直觀地看到設(shè)備的動作順序。比較容易讀懂程序，不同的人員都比較容易理解其他人編寫的程序，因為程序按照設(shè)備的動作順序進行編寫，規(guī)律性較強，不需要復雜的互鎖電路，更容易設(shè)計和維護系統(tǒng)。目前這種編程語言最適合從事工藝設(shè)計的工程技術(shù)人員，因此，它是一種效果顯著、深受歡迎、前途光明的編程語言。

5、結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實現(xiàn)的用戶程序編制。這五種編程語言，我們必須應(yīng)該要掌握就是梯形圖，也是最容易掌握的編程語言。 從事維修工作十幾年，我也是從一名普通的電工開始的，一步一步的走過來，這些都是我們這些年的總結(jié)出來的學習方法。當然大家如果想看什么其他的內(nèi)容請寫留言，我們會酌情考慮推出大家喜歡看的技術(shù)文章。有機會請不要干維修電工，維修電工一個需要不斷學習的工作行業(yè)，干到老學到的。