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文檔簡介

1、 PAGE22 / NUMPAGES22 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc290365258容摘要1HYPERLINK l _Toc290365259前言3HYPERLINK l _Toc2903652601.基于PLC電氣控制的方式選擇3HYPERLINK l _Toc2903652611.1 PLC的概述3HYPERLINK l _Toc2903652621.2 PLC的產(chǎn)生與定義4HYPERLINK l _Toc2903652631.3 PLC的特點與組成部分4HYPERLINK l _Toc2903652641.4 PLC的性能指標與工作原理8HYPER

2、LINK l _Toc2903652652.課題要求與實現(xiàn)10HYPERLINK l _Toc2903652662.1實現(xiàn)十字路口智能交通燈的要求10HYPERLINK l _Toc2903652672.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計與程序編譯11HYPERLINK l _Toc2903652682.3 關(guān)于論文設(shè)計17HYPERLINK l _Toc290365273結(jié)論19HYPERLINK l _Toc290365274參考文獻20HYPERLINK l _Toc290365275致 21 容摘要可編程控制器(programmable controller)是工業(yè)自動化設(shè)備的主導產(chǎn)品,在繼電器控制和

3、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的以微處理器為核心,集微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)為一體,以工業(yè)自動化為目標的新型控制裝置。目前已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,碾米各行業(yè)的通用控制核心產(chǎn)品。具有控制功能強、可靠性高、使用方便、適用于不同控制要求的各種控制對象等優(yōu)點,利用PLC對十字路口交通燈的設(shè)計可以實現(xiàn)不同情況下的智能化,使操作更加簡便,便于對復雜路口的交通疏導控制。使未來的交通系統(tǒng)完美移動。關(guān)鍵詞:可編程控制器,十字路口交通燈,智能化Content abstractProgrammable controller (programmable controlle

4、r) is the leading industrial automation equipment product in relay control and computer technology developed on the basis of the gradual in microprocessor as its core, including microelectronics technology, automation technology, computer technology, communication technology for the integral whole,

5、with industrial automation for target of new control device. Currently have in industry, agriculture, commerce, transportation and other areas to be widely applied, milling various sectors of common control core products. Has the control function of strong, high reliability, use convenient, applicab

6、le to different control requirements of the advantages of the control object, using PLC in the design of intersection traffic lights under different conditions can realize the intellectualized, make operation more convenient, and is convenient for traffic persuation control complex crossroads. Make

7、the future traffic system perfect mobile. Keywords: programmable controller, intersection traffic lights, intellectualization 前 言隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào),已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng),它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分不同的城市有不同城市的問題,但共性就是混合交通流問題。在交叉口如何解決混合交通流中的相互

8、影響或彼此的相互影響,就是解決問題的關(guān)鍵!隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展,越來越多的新興城市的出現(xiàn),使得城市的交通成為了一個絕對主要的問題。同時隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展,隨著城市機動車量的不斷增加,人民的生活水平日漸提高,越來越多的汽車進入尋常老百姓的家庭,許多大城市如、等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況,再加上政府大力發(fā)展的道交、出租車,使得車輛越來越多,這不僅要求道路要越來越寬闊,而且要求有新的交通管理模式和交通規(guī)則的出臺。因此,很多城市紛紛擴建建城市道路,在道路建設(shè)完成的初期,它們也曾有效地改善了交通狀況。然而,隨著交通量的快速增長和缺乏對道路的系統(tǒng)研究和控制,加寬道路并沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城

9、市道路多十字路口、多交叉的特點,也決定了城市道路的交通狀況必然受這種路況的制約。于是,舊的交通控制系統(tǒng)的弊病和人們越來越高的要求激化了矛盾,使原來不太突出的交通問題被提上了日程。如何采用合適的控制方法,最大限度利用好耗費巨資修建的多車道城市道路,緩解城區(qū)的交通擁堵狀況,越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。 所以,我結(jié)合大學三年當中的學習和知識積累,我總結(jié)了PLC課程的各項優(yōu)點進行了一個十字路口智能交通燈的設(shè)計,程序簡單易懂,控制方便,也充分總結(jié)了對PLC的這門課程的理解,結(jié)合指導老師的指導與幫助順利完成這個課程設(shè)計。1.基于PLC電氣控制的方式選擇 1.1 PLC的概述可編

10、程控制器是在繼電器控制和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的以微處理器為核心,集微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)為一體,以工業(yè)自動化控制為目標的新型控制裝置,目前已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,成為各行業(yè)的通用控制核心產(chǎn)品,本章就可編程控制器的生產(chǎn)、定義、特點與發(fā)展趨勢進行論述。1.2 PLC的產(chǎn)生與定義 可編程控制器,英文稱programmable controller,簡稱PC,但由于PC容易和個人計算機(personal computer)混淆,故人們?nèi)粤晳T地用PLC作為可編程控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置,專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用

11、而設(shè)計,它采用可編程序的存儲器,用以在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令,并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)的機械接觸的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點,充分利用了微處理器的優(yōu)點,又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣,特別是PLC的程序編制,不需要專門的計算機編程語言知識,而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式,使用戶程序編制形象、直觀、方便易學;調(diào)試與查錯也都很方便??删幊绦蚩刂破饕恢痹诎l(fā)展中,所以至今尚未對其下最后的定義

12、。在1987年國際電工學會(IEC)在第三稿中對PLC作了如下定義:可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器,用來在其部存儲執(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,并通過數(shù)字的,模擬的輸入和輸出,控制各種類型的的機械或者生產(chǎn)過程。可編程序控制器與其有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。1.3 PLC的特點與組成部分1.31 可編程控制器的主要特點1.3.1.1.可靠性高,抗干擾能力強工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性要求:eq oac(,1)平均故障間隔時間長eq oac(,2)平均故障修

13、復時間 任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障,通常為兩種:eq oac(,1)偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、溫度過高、溫度過低、過電壓、欠電壓、震動等引起的故障。這類故障只要不引起系統(tǒng)部件的損壞,一旦環(huán)境條件恢復正常,系統(tǒng)也隨之恢復正常,但對于PLC而言,受外界影響后,部存儲的信息可能被破壞。eq oac(,2)永久性故障。由于元器件不可恢復的破壞而引起的故障為此,各PLC的生產(chǎn)商在硬件和軟件方面采取了多種措施,使PLC除了本身具有較強的自診斷能力,能與時給出出錯信息,停止運行等待修復外,還使PLC具有了很強的抗干擾能力。1.3.1.2. 通用性強,控制程序可變,使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝

14、置,可以組裝成能滿足各種要求的控制系統(tǒng),用戶在硬件確定以后,在生產(chǎn)工藝流程改變或者生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下,不必改變PLC的硬件設(shè)備,只需改編程序就可滿足要求。因此,PLC除應(yīng)用于單機控制外,在工廠自動化中也被大量采用。1.3.1.3. 功能強,適應(yīng)面廣現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能,還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線,又可控制一個生產(chǎn)過程。1.3.1.4. 編程簡單,容易掌握目前,大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀,又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣人員的讀圖

15、習慣與編程水平,所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓,電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時,用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行(PLC部增加了解釋程序)。與直接執(zhí)行匯編語言的用戶程序相比,執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些,但對于大多數(shù)機電控制設(shè)備來說,是微不足道的,完全可以滿足控制要求。1.3.1.5減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計與施工的工作量由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件,控制柜的設(shè)計安

16、裝接線工作量大為減少。同時,PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試,更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且,由于PLC的低故障率與很強的監(jiān)視功能,模塊化等等,使維修也極為方便。1.3.1.6. 體積小、重量輕、功耗低、維護方便PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)緊湊,堅固,體積小,重量輕,功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力,易于裝入設(shè)備部,是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。我國使用較多的PLC產(chǎn)品有德國西門子的S7系列、日本立石公司的C系列、三菱公司的FX系列、美國GE公司的GE系列等。通過技術(shù)引進、合資生產(chǎn),我國的PLC產(chǎn)品有了一定的發(fā)展,生產(chǎn)廠家也達30多家,為可編程控制器國產(chǎn)化奠定了基

17、礎(chǔ)。1.3.2 可編程控制器的基本組成可編程控制器系統(tǒng)根據(jù)其工作原理可分為輸入部分、運算控制部分和輸出部分。可編程控制器的硬件電路由CPU、存儲器、基本IO接口電路、外設(shè)接口、電源五大部分組成。(圖)1.3.2.1. 中央處理器(CPU)CPU是可編程控制器的控制中樞,在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下工作,它將外部輸入信號的狀態(tài)寫入輸入映像寄存器區(qū)域,然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。CPU常用的微處理器有通用型微處理器、單片機、位片式計算機等。1.3.2.2. 存儲器(Memory)可編程控制器的存儲器由只讀存儲器ROM和隨機存儲器RAM兩大部分構(gòu)成,只讀存儲器ROM用來存放系統(tǒng)程序、中間運算數(shù)據(jù)存放

18、在隨機存儲器RAM中,用戶長須也放在RAM中,斷電時,用戶程序和運算數(shù)據(jù)保存在只讀存儲器EEPROM中。1.3.2.3. 基本IO接口電路根據(jù)常用輸入電路電壓類型與電路形式的不同,PLC部輸入接點分為干接點式、直流輸入式和交流輸入式三大類。PLC的輸出電路是將CPU的運算結(jié)果變成一定功率形式的輸出,驅(qū)動被控負載,其輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、雙機型晶體管和晶閘管三種。根據(jù)輸入輸出電路的結(jié)構(gòu)形式不同,IO接口分為開關(guān)量IO和模擬量IO兩大類,其中模擬量IO要經(jīng)過AD、DA轉(zhuǎn)換電路處理,轉(zhuǎn)換成計算機系統(tǒng)所能識別的數(shù)字信號。在整體結(jié)構(gòu)的小型PLC中,IO接口電路的結(jié)構(gòu)形式與PLC的型號相關(guān),在模塊

19、式結(jié)構(gòu)的PLC中,有開關(guān)量的交、直流模塊IO、模擬量IO模塊與各種智能IO模塊可供選擇。通常將一組PLC輸入輸出電路的公共端在PLC部連在一起,以減少PLC外部接線形成公共端點。1.3.2.4接口電路PLC接口電路分為IO擴展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩大類。IO擴展接口電路可采用并行接口和串行接口兩種電路形式,外設(shè)通信接口電路用于連接手持編程器或者其他圖形編程器、文本顯示器,并組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。(圖)5. 電源PLC部配有專用的開關(guān)式穩(wěn)壓電源,用來將ACDC供電電源轉(zhuǎn)化為PLC部電路需要的工作電源(5VDC)。1.4 PLC的性能指標與工作原理1.4.1 PLC的技術(shù)性能指標可編程控制器

20、的種類很多,用戶可以根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求選擇不同技術(shù)性能指標的PLC??删幊炭刂破鞯募夹g(shù)性能指標主要有以下幾個方面:IO點數(shù)可編程控制器的IO點數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和,又稱最大開關(guān)量IO點數(shù),它是描述PLC大小的一個重要參數(shù)。1.4.1.2. 存儲容量PLC的存儲器由系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器三部分組成。PLC存儲容量通常指用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量之和,表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源,是反映系統(tǒng)性能的一項重要技術(shù)指標。1.4.1.3. 掃描速度可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作。完成一次掃描所需的時間稱為掃描周期,掃描速度與是掃描周期成反比。影響掃描速度的主要因素

21、有用戶程序的長度和PLC產(chǎn)品的類型,PLC中CPU的類型、機器字長等直接影響PLC的運算精度和運行速度。1.4.1.4. 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和。可編程控制器的編程指令越多,軟件功能就越強,但掌握應(yīng)用也相對復雜,用戶應(yīng)根據(jù)實際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。1.4,1,5. 可擴展性小型PLC的基本單元多為開關(guān)量IO接口,各廠家在PLC基本單元的基礎(chǔ)上大力發(fā)展模擬量處理、高速處理、溫度控制、位置控制、通信等智能擴展模塊。智能擴展模塊的多少與性能已成為衡量PLC產(chǎn)品的水平標準。1.4.1.6通信功能通信包括PLC之間的通信和PLC與計算機或其他設(shè)備之間的通信,通信主要涉

22、與通信模塊、通信接口、通信協(xié)議和通信指令等容。1.4.1.7. 支持軟件為了便于編制PLC程序,多數(shù)PLC廠家都開發(fā)計算機支持軟件。從本質(zhì)上講,PLC所能識別的知識機器語言。它之所以能事用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖途語言,以至于高級語言,全靠為使用這些語言而開發(fā)的軟件,總之,為了用好PLC,PLC的支持軟件越來越豐富,性能也越來越好,其界面也越來越友好,它的情況如何已成為評判PLC性能的指標之一了。1.4.2工作過程 按照可編程控制器的構(gòu)成原理,可編程控制器系統(tǒng)由傳感器、可編程控制器和執(zhí)行器組成,可編程控制器通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài),執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)。(圖) PLC將部數(shù)據(jù)

23、存儲器分成若干個寄存器區(qū)域,其中過程映像區(qū)域又稱為IO映像寄存器區(qū)域。過程映像區(qū)域的輸入映像寄存器區(qū)域(PII)用來存放輸入端點的狀態(tài),輸出映像寄存器區(qū)域(PIQ)用來存放用戶程序(OBI)的運行結(jié)果。 PLC輸入模塊的輸出信號狀態(tài)與傳感器信號相對應(yīng),為傳感器信號經(jīng)過隔離和濾波后的有效信號。開關(guān)量的輸入電路通過傳感器的0、1電平變化,識別開關(guān)的通、斷狀態(tài),CPU在每個掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號狀態(tài),并將其狀態(tài)送入PII區(qū)域,CPU根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號,并將處理結(jié)果送到PIQ區(qū)域。 PLC輸出模塊具有一定的負載驅(qū)動能力,在額定負載以,直接和負載相連,可以驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器

24、。2 課題要求2.1 實現(xiàn)十字路口智能交通燈的具體要求2.1.1控制要求:信號燈統(tǒng)一由一個信號開關(guān)控制,當啟動開關(guān)接通時該信號燈系統(tǒng)開始工作,當啟動開關(guān)關(guān)斷時所有信號燈都熄滅。南北綠燈和東西綠燈不能同時亮,如果同時亮,關(guān)閉信號系統(tǒng)并立刻報警。南北紅燈亮維持秩25秒,在南北紅燈亮的同時,東西綠燈也亮并維持20秒,到20秒后,東西綠燈閃亮3秒后熄滅。此時東西黃燈亮,并維持2秒,到2 秒時東西黃燈熄滅,東西紅燈亮,同時南北紅燈熄滅,南北綠燈亮。東西紅燈亮維持30秒,南北綠燈亮維持秩25秒,然后閃亮,3秒后熄滅,同時南北黃燈亮,維持秩25秒后熄滅,東西綠燈亮。以上南北東西信號燈周而復始的交替工作。 2

25、.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計與程序編譯2.2.1 梯形圖編輯器(LAD)利用LAD編輯器可以建立與電氣原理相類似的程序。梯形圖是PLC編程的高級語言,很容易被PLC編程人員和維護人員接受和掌握,所有PLC廠商均支持梯形圖語言編程。梯形圖按邏輯關(guān)系可分成梯級或網(wǎng)絡(luò)段,簡稱段。程序執(zhí)行時按段掃描,清晰的段結(jié)構(gòu)有利于程序的閱讀理解和運行調(diào)試。同時,軟件的編譯功能可以直接指出錯誤指令所在段的段標號,有利于用戶程序的修正。LAD圖形指令有三個基本形式:觸點,線圈,指令盒。觸點表示輸入條件,例如開關(guān),按鈕控制的輸入映像寄存狀態(tài)和部寄存器狀態(tài)等。繞圈表示輸出結(jié)果,利用PLC輸出點可直接驅(qū)動照明燈,指示燈,繼電器,接

26、觸器和電磁閥繞圈等負載。指令盒代表一些功能較復雜的指令,例如定時器,計數(shù)器和數(shù)學運算指令等。十字路口交通燈如下圖:十字路口交通燈狀態(tài)圖根據(jù)課題要求,用梯形圖匯編程序如下:25s20s3sT39( )T37Q0.0T39( S )Q0.31( R )Q0.51T41Sm0.5T42( R )Q0.312s20ST42Q0.4( )Q0.3( R )1T43T43Q0.5 ( )Q0.4( R ) 1T37Q0.1( )T38Q0.0( R )1Q0.4( R )13ST38SM0.5Q0.1( )T40Q0.2( )T392SQ0.1( R )1圖形解釋:其中南北方向Q0.0為紅燈 Q0.1為綠

27、燈 Q0.2為黃燈 東西方向Q0.3為綠 Q0.4為黃燈 Q0.5為紅燈2.22語句表編輯器(STL)語句表(STL)編輯器使用指令助高符創(chuàng)建控制程序,類似于計算機的匯編語言,適合熟悉PLC并且有邏輯編程經(jīng)驗的程序員編程,語句表編程器提供了不同于梯形圖或功能塊圖編程器的編程途徑。STL是手持式編程器唯一能夠使用的編程語言,語句表(STL)編程語言是一種面向機器的語言,具有指令簡單,執(zhí)行速度快等優(yōu)點。語句表指令表示如下:LDN T39TONR T37,+25= Q0.0LDN T39TONR T41,+20S Q0.3,1R Q0.5,1LN T41TONR T42,+3O SM0.5R Q0.

28、3,1LN T42TONR T43,+2R Q0.3,1= Q.04LN T43R Q0.4,1= Q0.5LN T37= Q0.1TONR T38,+20R Q0.0,1R Q0.4,1LN T38TONR T40,+3O SM0.5R Q0.1LN T40TONR T39,+2R Q0.1,1= Q0.2以上梯形圖和語句表程序采用定時器和置位復位指令、動斷觸電、動合觸電完成設(shè)計。定時器分為通電延時型(TON)、有記憶的通電延時型(TONR)、斷電延時型(TOF)三種類型,定時基準可分為1ms、10ms、100ms三種類型,不同的時基標準,定時的精度、定時圍、定時器的刷新方式都不同。置位/復

29、位指令則是將線圈設(shè)計成置位線圈和復位線圈兩大部分,將存儲器的置位、復位功能分離開來,置位線圈受到脈沖前沿觸發(fā)時,線圈通電鎖存(存儲器位置1),復位線圈受到脈沖前沿觸發(fā)時,線圈斷電鎖存(存儲器位置0),下次置位、復位操作信號到來前,線圈狀態(tài)保持不變(自鎖功能)。 置位復位線圈通常成對使用,也可單獨使用或與指令盒配合使用。主程序流程圖如下:開始南北紅燈亮,東西綠燈亮南北紅燈亮,東西綠燈閃亮南北紅燈亮,東西黃燈亮東西紅燈亮,南北綠燈亮東西紅燈亮,南北綠燈閃亮東西紅燈亮,南北黃燈亮結(jié)束主流程圖2.3 關(guān)于論文設(shè)計這次的十字路口智能交通燈設(shè)計,我采用了三種方法表達,梯形圖,語句表,流程圖,在論文的設(shè)計當中,我深深的感覺到自己對這門課程還沒有真正的學透徹,有不足之處還望諒解,通過查閱資料,翻閱書籍,使我對PLC這門課程加深了理解,了解到智能化在生活當中是很重要的,對于我以后深入認識這門課程開了個好頭,對于以后,我會加強這門課程的編程鍛煉,詳細了解其部結(jié)構(gòu),運作原理,將這門課程學通、學精。結(jié)論利用PLC進行程序編譯,在學這門課程的時候已經(jīng)做過很多程

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