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文檔簡介

1、武漢理工大學(xué)機電傳動控制課程設(shè)計說明書附件1:學(xué) 號:0121218700312(20) 課程設(shè)計題 目軋鋼機控制學(xué) 院物流工程學(xué)院專 業(yè)物流工程班 級物流1202班姓 名余永強指導(dǎo)教師于 蒙2015年7月6日附件2:課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名: 余永強 專業(yè)班級: 物流1202班 指導(dǎo)教師: 于 蒙 工作單位: 武漢理工大學(xué) 題 目: 軋鋼機控制初始條件:1. PLC型號:西門子公司S7系列,S7-3002. 編程環(huán)境:SIMATIC Manager /Step7 V5.4或更高版本3. 根據(jù)控制要求分配PLC I/O地址,畫出PLC與控制對象的接線圖,設(shè)計控制流程,按照模塊化的方式設(shè)計程序,既

2、可以采用LAD編程,也可以采用STL編程,還可以采用組合方式編程。4. 編寫的需要輸入PLC,調(diào)試通過。要求完成的主要任務(wù): (包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求,以及說明書撰寫等具體要求)按下啟動按鈕,M1、M2運行,待加工鋼板存儲區(qū)中的鋼板自動往傳送帶上運送。若S1檢測到有鋼板在傳送帶上時,M3電動機正轉(zhuǎn),指示燈M3F亮。當(dāng)傳送帶上的鋼板已過S1檢測信號且S2檢測到鋼板到位時,電磁閥YV動作,M3電動機反轉(zhuǎn),指示燈M3R亮。Y1鍛壓機向鋼板沖壓一次,S2信號消失。當(dāng)S1再次檢測到有信號時,M3電動機正轉(zhuǎn),如此重復(fù)3次,停機1分鐘,將已加工好的鋼板放入加工后鋼板存儲區(qū)。時間安排:2015.6.2

3、3-2015.6.24布置任務(wù),閱讀指導(dǎo)書2015.6.24-2015.6.28編制I/O地址分配表,PLC外部接線圖2015.6.28-2015.7.2繪制主電路,編寫PLC控制程序2015.7.2-2015.7.3答辯指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日系主任(或責(zé)任教師)簽名: 年 月 日本科生課程設(shè)計成績評定表姓名余永強性別男專業(yè)、班級物流1202班課程設(shè)計題目:軋鋼機控制課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄:1軋鋼機控制原理是什么?答:軋件通過電機M1、M2驅(qū)動的傳送帶1,傳送到可以正反轉(zhuǎn)的傳送帶2上,通過兩個傳感器S1,S2的交替檢測,驅(qū)動電機M3正反轉(zhuǎn),從而控制傳送帶2往返運動并配合鍛壓。2分別有幾個輸

4、入、輸出信號?輸入:啟動按鈕I0.0,停止按鈕I0.1,S1檢測信號I0.2,S2檢測信號I0.3。輸出:M1電機Q1.0,M2電機Q1.1,Y1鍛壓機Q1.2,M3電機正轉(zhuǎn)Q1.3,M3電機反轉(zhuǎn)Q1.4。3如何進行系統(tǒng)組態(tài)?答:打開Simatic編程軟件,新建一個項目,命名后回車右擊項目插入Simatic 300站點。打開站點硬件界面,在Simatic300目錄下的Rack-300創(chuàng)建一個Rail。參照所用PLC硬件,分別在12456下插入電源,CPU,輸入,輸出等硬件參數(shù)。3號軌道空出來留給外接模塊。成績評定依據(jù):評定項目評分成績1設(shè)計說明書50分)2設(shè)計圖紙質(zhì)量(25分)3答辯(25分)

5、總分備注:成績等級:優(yōu)(90分100分)、良(80分89分)、中(70分79分)、及格(60分69分)、60分以下為不及格。最終評定成績(以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定)指導(dǎo)教師簽字:2015年 07月06 日武漢理工大學(xué)機電傳動控制課程設(shè)計說明書軋鋼機控制摘要自從1969年美國DEC公司研制出世界上第一臺可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController:PLC)以來,經(jīng)過三十多年的發(fā)展與實踐,其功能和性能已經(jīng)有了很大提高,從當(dāng)初用于邏輯控制和順序控制領(lǐng)域擴展到運動控制和過程控制領(lǐng)域??删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC)也改稱為可編程控制器(ProgrammableControl

6、ler:PC),由于個人計算機也簡稱PC,為了避免混淆,可編程控制器仍然被稱為PLC。本設(shè)計是基于PLC的軋鋼機控制系統(tǒng)。使用型號為西門子公司S7系列的S7-300的PLC。實現(xiàn)在軋制中前進、后退、鍛壓的往復(fù)運動過程。當(dāng)按下啟動按鈕,M1、M2運行,待加工鋼板存儲區(qū)中的鋼板自動往傳送帶上運送。若S1檢測到有鋼板在傳送帶上時,M3電動機正轉(zhuǎn),指示燈M3F亮。當(dāng)傳送帶上的鋼板已過S1檢測信號且S2檢測到鋼板到位時,電磁閥YV動作,M3電動機反轉(zhuǎn),指示燈M3R亮。Y1鍛壓機向鋼板沖壓一次,S2信號消失。當(dāng)S1再次檢測到有信號時,M3電動機正轉(zhuǎn),如此重復(fù)3次,停機1分鐘,將已加工好的鋼板放入加工后鋼板

7、存儲區(qū)。并通過I/O地址的分配,實現(xiàn)PLC與控制路線的接口連接,經(jīng)過調(diào)試仿真,達到設(shè)計要求。關(guān)鍵詞:可編程控制器PLC軋鋼機目錄1PLC概述31.1PLC歷史31.2PLC基本結(jié)構(gòu)41.3PLC的工作原理51.4PLC的特點51.5PLC的功能62軋鋼機控制設(shè)計72.1設(shè)計任務(wù)72.2設(shè)計要求73系統(tǒng)硬件設(shè)計83.1總體設(shè)計83.2主電機回路83.3PLC軋鋼機I/O分配表93.4PLC軋鋼機I/O外部接線圖94系統(tǒng)軟件設(shè)計104.1程序流程圖104.2LAD程序設(shè)計115系統(tǒng)組態(tài)及調(diào)試145.1硬件組態(tài)145.2仿真調(diào)試155.3聯(lián)機調(diào)試186小結(jié)21參考文獻221 PLC概述可編程邏輯控制

8、器PLC(Programmable Logic Controller)一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),是以微機處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制技術(shù)。它采用一類可編程的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高,成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。1.1 PLC歷史在PLC問世之前,工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制站主導(dǎo)地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點,體積大、

9、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應(yīng)性差等,而PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自1836年繼電器問世,人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接,構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀60年代末,它不斷吸收微計算機技術(shù)使之功能不斷增強,逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù)。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn),以及流程加工行業(yè),如汽車制造業(yè),對生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求,PLC技術(shù)出現(xiàn)并快速發(fā)展。目前,PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質(zhì)的飛躍,使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理

10、、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是,仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本結(jié)構(gòu)。PLC之所以有生命力,在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求,高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備,不需添加太多的中間部件或需要更多的接口,這樣節(jié)省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件,而上端一般是面向用戶的微型計算機。PLC的諸多優(yōu)點確定了其在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。1.2 PLC基本結(jié)構(gòu)輸入模塊CPU模塊編程器按 鈕選擇開關(guān)電 源限位開關(guān)可編程控制器輸出模塊接觸器電磁閥指示燈電 源圖1.

11、1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖(1)中央處理單元(CPU):中央處理單元(CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能:a.接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù);b.檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài),并能診斷用戶程序中的語法錯誤。(2)存儲器:可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件(包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序)的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器;存放用戶程序(用戶程序存和數(shù)據(jù))的存儲器稱為用戶程序存儲器,所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。(3)輸入接口電路:輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種,在我們實

12、際涉及到的信號當(dāng)中,開關(guān)量最普遍。(4)輸出接口電路:可編程序控制器的輸出有:繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。(5)電源:PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的,因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi),可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1S額定電壓AC100V240V,而電壓允許范圍在AC85V264V之間。允許瞬時停電在10ms以下,能繼續(xù)工作。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分:一部分供PLC內(nèi)部電路工作;一部分向外提供

13、給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。1.3 PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描,不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時,CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序,按指令步序號(或地址號)作周期性循環(huán)掃描,如無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序,直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令,開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中,還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 PLC在輸入采樣階段:首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入,并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中,

14、即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口,進入程序執(zhí)行階段。 PLC在程序執(zhí)行階段:按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令,經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后,其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中,輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。 輸出刷新階段:當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢,輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中,并通過一定的方式(繼電器、晶體管或晶閘管)輸出,驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。1.4 PLC的特點(1)結(jié)構(gòu)形式多樣,模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統(tǒng)或機床,組合式適于集控制系統(tǒng)。最少的PLC只有6點,而AB的ControlLogix系統(tǒng)的容量達128000點。(2)可靠性高。PLC的MTBF

15、一般在4000050000h以上,有的在10-20萬h,且均有完善的自診斷功能。(3)編程方便。控制具有極大靈活性。PLC作為通用工業(yè)控制計算機,是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。(4)功能強大。PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力,可用于各種

16、數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(5)適應(yīng)工業(yè)環(huán)境。適應(yīng)高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境。(6)安裝、維修簡單。與DCS相比,價格低。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短,同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。1.5 PLC的功能(1)控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時、計數(shù)等。(2)數(shù)

17、據(jù)采集與輸出。(3)輸入/輸出接口調(diào)理功能。具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能,通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié),具有溫度、運動等測量接口。(4)數(shù)據(jù)處理功能。包括基本數(shù)學(xué)運算、比較、對字節(jié)的運算、PID運算、濾波等。(5)支持人機界面功能。提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用,以便作決策和調(diào)整,實現(xiàn)工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。(6)通信、聯(lián)網(wǎng)功能?,F(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),有RS232或RS485接口,可進行遠程I/O控制,多臺PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信,外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間,實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換,

18、如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。(7)編程、調(diào)試等,并且大部分支持在線編程。2 軋鋼機控制設(shè)計2.1 設(shè)計任務(wù)某軋鋼機的模擬控制如圖1所示。圖中S1為檢測傳送帶上有無鋼板傳感器,S2為檢測傳送帶上鋼板是否到位傳感器。M1、M2為傳送帶電動機;M3F和M3R為傳送帶電動機M3的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)指示燈;Y1為鍛壓機。圖2.1 軋鋼機控制按下啟動按鈕,M1、M2運行,待加工鋼板存儲區(qū)中的鋼板自動往傳送帶上運送。若S1檢測到有鋼板在傳送帶上時,M3電動機正轉(zhuǎn),指示燈M3F亮。當(dāng)傳送帶上的鋼板已過S1檢測信號且S2檢測到鋼板到位時,電磁閥YV動作,M3電動機反轉(zhuǎn),指示燈M3R亮。Y1鍛壓機向鋼板沖壓一次

19、,S2信號消失。當(dāng)S1再次檢測到有信號時,M3電動機正轉(zhuǎn),如此重復(fù)3次,停機1分鐘,將已加工好的鋼板放入加工后鋼板存儲區(qū)。2.2 設(shè)計要求(1)PLC型號:西門子公司S7系列,S7-300(2)編程環(huán)境:SIMATIC Manager /Step7 V5.4或更高版本(3)根據(jù)控制要求分配PLC I/O地址,畫出PLC與控制對象的接線圖,設(shè)計控制流程,按照模塊化的方式設(shè)計程序,既可以采用LAD編程,也可以采用STL編程,還可以采用組合方式編程。(4)編寫的需要輸入PLC,調(diào)試通過。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)控制要求,本設(shè)計有2個檢測信號,S1用于檢測待加工鋼板是否已在傳輸帶上,S2用于檢測待加工鋼板

20、是否到達加工點。S1有效時,M1、M2工作,M3正轉(zhuǎn)。S2有效時,M3反轉(zhuǎn),Y1動作。軋鋼機需要重復(fù)三次,停機一分鐘,將加工好的鋼板放入加工后鋼板存儲區(qū),因此需要計數(shù)器和定時器,并且計數(shù)達到預(yù)定值后還要復(fù)位。3.1 總體設(shè)計PLC控制控制電機傳感器檢測圖3.1 PLC控制3.2 主電機回路根據(jù)要求畫出的主控制線路圖,其中FR熱繼電器用于電動機的過載保護,斷相及電流不平衡運行保護。FU熔斷器起電機主回路短路保護作用。L2L1NL3QA2QA0KM3QA1FU3QA3M1KM1KM4KM2FU2FU1FU0M2M3ABC圖3.2 電機主回路3.3 PLC軋鋼機I/O分配表輸入輸出功能元件PLC地址

21、功能元件PLC地址啟動SB1I0.0控制M1電機KM1Q1.0停止SB2I0.1控制M2電機KM2Q1.1S1檢測信號S1I0.2Y1鍛壓機控制KM3Q1.2S2檢測新號S2I0.3M3正轉(zhuǎn)指示M3FQ1.3M3反轉(zhuǎn)指示M3RQ1.4表3.1 I/O地址分配表3.4 PLC軋鋼機I/O外部接線圖電機M3反轉(zhuǎn)M3R電機M3正轉(zhuǎn)M3F控制Y1鍛壓機KM3控制M2電機KM2控制M1電機KM1檢測信號 S2檢測信號 S1啟動按鈕SB1停止按鈕SB2S7-300I0.0I0.1I0.2I0.3Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4圖3.3I/O口外部接線圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序流程圖軋件到來M1

22、、M2啟動開始等待N啟動SB1I0.0控制M1電機KM1Q4.0停止SB2I0.1控制M2電機KM2Q4.1S1檢測信號S1I0.2Y1鍛壓機控制KM3Q4.2S2檢測新號S2I0.3M3正轉(zhuǎn)指示M3FQ4.3M3反轉(zhuǎn)指示M3RQ4.4Y啟動SB1I0.0控制M1電機KM1Q4.0停止SB2I0.1控制M2電機KM2Q4.1S1檢測信號S1I0.2Y1鍛壓機控制KM3Q4.2S2檢測新號S2I0.3M3正轉(zhuǎn)指示M3FQ4.3M3反轉(zhuǎn)指示M3RQ4.4等待1分鐘,自動開始送出第三次軋制送到右邊第二次軋制送到右邊第一次軋制圖4.1 系統(tǒng)流程圖4.2 LAD程序設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)控制要求按下啟動按鈕I0.

23、0后,電機M1和M2轉(zhuǎn)動,即Q1.0和Q1.1響應(yīng)。檢測傳送帶上是否有鋼板的傳感器I0.2開始檢測,有鋼板到,則電動機M1,M2停止轉(zhuǎn)動,Q1.0,Q1.1復(fù)原,M3正轉(zhuǎn),Q1.3響應(yīng)。然后是檢測是否到位的傳感器I0.3開始檢測,若到位,則電動機M3反轉(zhuǎn),Q1.4響應(yīng),且鍛壓Y1下壓一次,Q1.2響應(yīng)。在開啟I0.2檢測,如此重復(fù)三次。為了實現(xiàn)重復(fù)三次的操作,在程序中設(shè)置減計數(shù)器C0,在完成一個周期的操作后需停機1分鐘,為實現(xiàn)此功能,在程序中添加了定時時間為1分鐘(程序中為5秒)的定時器T1。三次鍛壓后,計數(shù)器C0由1變0,導(dǎo)致程序段七接通,置位程序啟動,設(shè)備停機,接通延時計時器開始工作,5秒

24、后接通,然后程序段2激活,QI.O和QI.1重新響應(yīng),導(dǎo)致計數(shù)器重新開始計數(shù),還原鍛壓前狀況。5 系統(tǒng)組態(tài)及調(diào)試5.1 硬件組態(tài)(1)打開Simatic編程軟件,新建一個項目,命名后回車右擊項目插入Simatic 300站點。圖5.1 新建Simatic300站點(2)打開站點硬件界面,在Simatic300目錄下的Rack-300創(chuàng)建一個Rail。圖5.2 插入Rail(3)參照所用PLC硬件,分別在12456下插入電源,CPU,輸入,輸出等硬件參數(shù)。3號軌道空出來留給外接模塊。圖5.3 硬件組態(tài)圖5.2 仿真調(diào)試運用PLC仿真器,對所設(shè)計軋鋼機系統(tǒng)進行初步系統(tǒng)調(diào)試。 圖5.4 按下I0.0

25、,電機M1,M2轉(zhuǎn)動,即Q1.0和Q1.1響應(yīng)圖5.5 按下I0.2,檢測器S1檢測到信號,電機M3正轉(zhuǎn)。圖5.6 按下I0.3,S2檢測到信號,M3電機反轉(zhuǎn),Q1.4響應(yīng),鍛壓機鍛壓1次,Q1.2響應(yīng)。圖5.7 第三次鍛壓,其他重復(fù)過程圖略圖5.8 計時器開始計時,5秒后,TI接通圖5.9 停機5秒后狀態(tài)5.3 聯(lián)機調(diào)試在機電傳動實驗室進行聯(lián)機,參照5.2的組態(tài)進行組態(tài)調(diào)試。圖5.10 機房PLC圖圖5.11 按下啟動按鈕I0.0后,Q1.0和Q1.1亮圖5.12 按下S1檢測信號按鈕I0.2,Q1.0、Q1.1和Q1.3亮圖5.13 按下S2檢測信號按鈕I0.3,Q1.0、Q1.1、Q1.2和Q1.4亮圖5.14 三次重復(fù)鍛

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