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深圳市雷赛智能控制股份有限公司

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运动控制卡用梯形图编程的方法
发布时间:2019-08-01        浏览次数:239        返回列表

一.  梯形图及ProU软件

据统计我国自动化设备中有50%以上的设备采用PLC作为运动控制器。常见的日本三菱、欧姆龙,德国西门子,台湾台达等公司生产的PLC都可以控制步进电机和伺服电机,但I/O控制仍然是这些PLC的主要控制对象。

而运动控制卡的控制对象主要是步进电机和伺服电机,其运动控制功能比PLC优越。为了迎合广大PLC用户使用梯形图编程的习惯,我们公司的战略合作伙伴,深圳市优易控软件有限公司,开发了一套以梯形图为基础的运动控制编程软件,可让熟悉PLC的用户能方便地使用运动控制卡。

ProU软件的硬件平台是基于Window系统的工控机,其软件可对运动控制卡、IO控制卡、EtherCAT总线伺服电机及模块、网络相机进行编程及控制。其系统结构如图1.1所示。


图1.1   ProU软件及硬件结构

ProU软件可在Windows XP、Win7、Win8、Win10操作系统(x86、x64)下运行,用于程序开发、调试以及监控。支持梯形图、工艺块、C语言三种编程方式。

在ProU软件之下还有一个ProH软件,它在目标机器上运行,负责程序执行及调度、数据管理、线程管理、通讯管理等。

1.  ProU软件的特点

采用梯形图编程,与三菱PLC的梯形图兼容;

人机界面美观、设计方便;

集成了机器视觉功能,不需要编程,调用简单、方便。

集成了CAD图形设计、编辑功能,可将复杂的轨迹转换为G代码,并能在梯形图中运行。

ProU软件特别适合熟悉PLC编程语言的工程师开发基于运动控制卡、EtherCAT总线产品的自动化设备的应用程序,而且使用机器视觉功能、CAD图形设计也十分方便、简单。

2.  ProU软件的安装

直接运行ProU3.8.6.exe、ProH3.8.6.exe即可。

(注:有关ProU软件的详细情况,可咨询电话:0755-86524841)


二.运动控制卡的安装、配置与基本指令

一)运动控制卡的安装、配置

1.以雷赛DMC1380运动控制卡为例:首先在计算机中安装好运动控制卡;然后按照运动控制卡的手册指引安装驱动软件;并用其测试软件检测硬件,确保电机、IO器件工作正常。硬件接线图如图2.1所示。

图2.1   DMC1380运动控制卡接线图

2.  打开ProU软件。点击“工程”“新建工程”,出现图2.2所示的对话框。

“产品选择”中的“型号”选择MCPCI,即PCI总线运动控制卡。设置好工程名称Example0,选好存储工程的路径,点击“确定”。

图2.2   新建工程对话框

图2.3   添加运动控制卡

3.   在“工程数据”栏中,用鼠标右键点击“控制卡”,出现一个选项框,如图2.3所示。点击“添加”。之后出现图2.4所示的对话框,分类选“运动控制”,型号选“DMC1380”,然后点击“添加”键。

4.   在工程树的“控制卡”图标下出现了“0:DMC1380”。点击其前面的“+”号,三个轴的轴号展开,如图2.5所示。

图2.4   选择运动控制卡的型号

图2.5   运动控制卡已添加

5.   鼠标左键双击“轴0”,弹出0号轴参数表,如图2.6所示。

点击“基本参数”表,将“单位设置”设为“3-脉冲”,“脉冲当量”、“位移当量”、“单位倍率”都设为1,如图2.6所示。即位移单位为脉冲。

图2.6   轴的基本参数表

6.   点击“定位数据”表,如图2.7所示。

首先,点击“定位数据”表左上放的图标 ,添加一条定位数据。将行的“定位模式”设为“2-1轴直线运动(INC)”,即:单轴点位运动,用相对坐标定位。“运行速度”设为1000脉冲/秒;“定位地址”,即移动距离,设为2000个脉冲。如图2.7所示。

再次点击“定位数据”表左上放的图标 ,添加第二条定位数据。“运行速度”设为1000脉冲/秒;“定位地址”,设为-2000个脉冲,即向负方向移动的距离。如图2.7所示。


图2.7   轴的定位数据

二)点位运动指令

1.   点击“MAIN”界面,编写梯形图表。

可使用该界面左侧的工具栏中的快捷键编程。鼠标左键点击快捷键,如个“常开触点”,弹出一个对话框。在上面填写相应的参数,然后点击“确定”,该元件即画在梯形图中。如图2.8所示。

图2.8   编写梯形图

点击菜单中的“编辑”,可选择复制、剪切、粘贴、行插入、行删除、列插入、列删除等操作,如图2.9所示。在梯形图界面中,单击鼠标右键,弹出的快捷菜单中也有许多编辑功能可用。

图2.9   编辑功能

编辑中常用的快捷键如下:

删除指令:选中指令,按DELETE键

修改指令:选中待修改指令后,按ENTER键,可修改当前指令

画  线:  按住CTRL键,配合←↑→↓键,可快速的画线或删除线段

插入行:  Shift+insert 插入列:  Ctrl+insert

删除行:  Shift+Delete 删除列:  Ctrl+Delete

完成的梯形图如图2.10所示。

图2.10   点位运动控制指令

X4、X5为接在DMC1380运动控制卡的第5、第6号通用输入口上的常开按钮。硬件接线图如图2.1所示。

点位运动指令为: MCTBL   轴号  定位数据行号

指令中数据前的K,表示该数据为10进制数。

电机做点位运动的参数如图8所示。当开关X4闭合时,按照第1行定位数据运行,0号轴上的电机正转2000个脉冲;当开关X5闭合时,按照第2行定位数据运行,0号轴上的电机反转2000个脉冲。速度均为1000脉冲/秒。

2.   点击菜单中的“变换”,选“变换(全部程序)”,完成程序编译,如图2.11所示。编译成功的程序背景由灰色变为白色。

图2.11  编译程序

3.   打开程序ProH。其界面如图2.12所示。

图2.12   ProH程序界面

4.   在ProU程序中,点击菜单中的快捷键“写入”,如图2.13所示。弹出对话框如图2.14所示。

图2.13  写入快捷键

5.   在“写入”对话框中先选“选择所有”,在点击“执行”。程序和控制卡的参数都下载至ProH中。


图2.14   “写入”对话框

6.   执行远程RUN,即开始执行程序。如图2.15所示。

7.   点击菜单中的快捷键“监视开始”,如图2.16所示。闭合X4或X5开关,0号轴上的电机就进行正、反转运动。


图2.15   执行程序

图2.16   监视程序运行

三)回原点指令

在工程Example0的基础继续编程。

1.   在编写回原点指令之前,要对DMC1380运动控制卡的专用输入信号,如:原点信号、定位完成信号等,进行设置。点击菜单栏中的“变换”“生成程序框架”“初始化轴的IO配置”,将运动控制卡的参数载入,如图2.17所示。

鼠标左键双击工程树上的“控制卡”下方的“轴0”,0号轴输入输出信号配置情况如图2.18所示。从图中可看到“指令定位完成信号”由元件L3001指示。

2.   点击“机械归零”界面,将“原点回归方式”设为“1001-模式1”;“原点回归速度”设为1000脉冲/秒;“爬行速度”设为100脉冲/秒。如图2.19所示。

图2.17   初始化轴的IO配置

图2.18   0号轴的IO配置

图2.19   0号轴回原点参数

3.   点击“Main”界面,编写回原点指令。如图2.20所示。


图2.20   回原点指令

回原点运动指令为: MCZERO   轴号  K0

其中第2个参数K0是保留参数。

然后进行和上述“点位运动指令”中2.~ 7. 一样的过程,编译程序、下载程序和参数、运行程序、监视程序。

鼠标点击常开触点M0,然后按Shift+Enter键,强制M0置位。这时,0号轴开始回原点。当平台运动到原点位置时,运动结束,L3001闭合,使M0复位。

四)电机点动控制

所谓“点动”即按钮按下电机就运动,按钮抬起电机就停止。该运动又称为JOG运动。下面在工程Example0的基础继续编程,实现点动控制。

1.   点击“轴0”“基本参数”界面,将“JOG速度限制值”设为“1000脉冲/秒,如图2.21所示。


图2.21   JOG速度设置

2.   点动控制没有对应的指令。在图2.18中可看出,0号轴的正向点动、反向点动是由元件B3000和B3001控制。编写梯形图如图2.22所示。


图2.22   实现点动功能的梯形图

然后进行和上述“点位运动指令”中2.~ 7. 一样的过程,编译程序、下载程序和参数、运行程序、监视程序。

点动按钮X6或X7,DMC1380运动控制卡就可以控制0号轴电机进行正向点动或反向点动。

三.  梯形图编程

一)ProU的编程元件

ProU内部的编程元件包括:继电器、定时器、计数器、寄存器等。详见表3.1。

元件名称

进制

个数

范围

输入继电器 X

8

1024

X0~X1777

输出继电器 Y

8

1024

Y0~Y1777

辅助继电器 M

10

7680

M0~M7679

M0~M1023   // 锁存设置范围

M500~M999  // 默认锁存范围

特殊继电器 M

10

512

M8000~M851

状态继电器 S

10

4096

S0~S4095

S0~S999   // 锁存设置范围

S500~S999 // 默认锁存范围

位元件 B

10

32768

B0~B32767

位元件 L

10

32768

L0~L32767

报警寄存器 F

10

4000

F0~F7999

定时器 T

10

512

T0~T191 (基数:100ms

T192~T199(基数:100ms,子程序用)

T200~T245(基数:10ms

T246~T249(基数:1ms 累计)

T250~T255(基数:100ms累计)

T256~T511(基数:1ms

计数器 C

10

256

C0~C199    // 16

C200~C234  // 32

C235~C255  // 单相单计数输入,

高速计数器

数据寄存器 D

10

8000

D0~D7999

D0~D511    // 锁存设置范围

D200~D511  // 默认锁存范围

特殊寄存器 D

10

512

D8000~D8511

扩展寄存器 R

10

65536

R0~R65535  // 默认断电保持型,

R0~R32000  // 轴定位占用

寄存器R D

10

65536

RD0~RD65535 // 默认断电保持型

寄存器 VD

10

65536

VD0~VD65535 // 默认保持型

子程序指针 P

10

4096

P0~P4095

局部位变量 LB

10

1024

LB0~LB1023

每个功能享有独立的局部变量,但是Main和子程序共享同一份变量

局部字变量 LW

10

1024

LW0~LW1023

每个功能享有独立的局部变量,但是Main和子程序共享同一份变量

局部时间变量 LT

10

256

LT0~LT255

每个功能享有独立的局部变量,但是Main和子程序共享同一份变量

指令示例:TIM LT0 K21 K100

定时时间=21*100=2100ms


表3.1   ProU的编程元件及编号

元件名称 进制 个数 范围

输入继电器 X 8 1024 X0~X1777

输出继电器 Y 8 1024 Y0~Y1777

辅助继电器 M 10 7680 M0~M7679

M0~M1023   // 锁存设置范围

M500~M999  // 默认锁存范围

特殊继电器 M 10 512 M8000~M851

状态继电器 S 10 4096 S0~S4095

S0~S999   // 锁存设置范围

S500~S999 // 默认锁存范围

位元件 B 10 32768 B0~B32767

位元件 L 10 32768 L0~L32767

报警寄存器 F 10 4000 F0~F7999

定时器 T 10 512 T0~T191  (基数:100ms)

T192~T199(基数:100ms,子程序用)

T200~T245(基数:10ms)

T246~T249(基数:1ms 累计)

T250~T255(基数:100ms累计)

T256~T511(基数:1ms)

计数器 C 10 256 C0~C199    // 16位

C200~C234  // 32位

C235~C255  // 单相单计数输入,

高速计数器

数据寄存器 D 10 8000 D0~D7999

D0~D511    // 锁存设置范围

D200~D511  // 默认锁存范围

特殊寄存器 D 10 512 D8000~D8511

扩展寄存器 R 10 65536 R0~R65535  // 默认断电保持型,

R0~R32000  // 轴定位占用

寄存器R D 10 65536 RD0~RD65535 // 默认断电保持型

寄存器 VD 10 65536 VD0~VD65535 //  默认保持型

子程序指针 P 10 4096 P0~P4095

局部位变量 LB 10 1024 LB0~LB1023

每个功能享有独立的局部变量,但是Main和子程序共享同一份变量

局部字变量 LW 10 1024 LW0~LW1023

每个功能享有独立的局部变量,但是Main和子程序共享同一份变量

局部时间变量 LT 10 256 LT0~LT255

每个功能享有独立的局部变量,但是Main和子程序共享同一份变量

指令示例:TIM LT0 K21 K100

定时时间=21*100=2100ms

编程中常用的特殊触点还有:

M8000:运行监控常开触点,PLC运行时一直ON。

M8001:运行监控常闭触点,PLC运行时一直OFF。

M8002:初始化脉冲常开触点,PLC运行时ON一个扫描周期。

M8003:初始化脉冲常闭触点,PLC运行时OFF一个扫描周期。

二)常用元件及指令的应用

1.  定时器的应用

例:按键失电延时功能的实现。按键失电延时的时序图如图3.1,梯形图如图3.2所示。

当按键X4按下后,触点X4闭合,接在Y0上的LED灯亮,且与X4并联的Y0触点Y0闭合;按键X4松开后,常闭触点X4触发定时器T0启动;3秒后,T0常闭触点将Y0断开,LED灯灭。定时器T0的定时基数为100豪秒,延时3秒,故T0的参数为K30。硬件图参见图2.1。

图3.1   按键失电延时的时序图


图3.2   按键失电延时的梯形图

2.  计数器的应用

例:如图3.3所示的梯形图,按下开关X5时,接在Y0上的LED灯亮;开关X5按了10次后,计数器C0的计数值和其设定值相等,其常开触点C0闭合,Y1上的LED灯亮;之后再按开关X5,计数器C0的计数值不会继续增加。

按下开关X6时,计数器C0复位,Y1上的LED灯灭。

图3.3   计数器的应用

3.  数据寄存器的传送、运算及比较(16位数据)

传送指令为:MOV    S    D

其中:S为数据源,可以是常数也可以是元件;D为目标元件。

加法指令为:ADD    S1   S2    D

即:S1 + S2 = D

减法指令为:ADD    S1   S2    D

即:S1 - S2 = D

比较指令为:CMP    S1   S2    D

当:S1 > S2时, D = on

当:S1 = S2时, D+1 = on

当:S1 < S2时, D+2 = on

例:如图3.4所示的梯形图,开关X4按下后,D0、D1被赋值,均为10;

然后,若直接按下开关X7,因D1=10,则接在Y1上的LED灯亮;

若先按下X5,D1变为14,再按下X7,因D1>10,则Y0上的LED灯亮;

若先按下X6,D1变为5,再按下X7,因D1<10,则Y2上的LED灯亮。

三)子程序调用及顺序控制编程方法

1.  子程序的编写与调用

在ProU梯形图的主程序中,可以调用子程序。

图3.4   数据寄存器相关指令的应用

首先,在工程数据栏中用鼠标右键点击工程名“Array”,如图3.5所示,在弹出的对话框中选“子程序”,添加子程序组件。然后,在工程树中用鼠标右键点击“子程序”,在弹出的对话框中选择“添加”,如图3.6所示;在弹出的对话框中填写子程序名称,而且还要填写子程序编号,编号范围是0~4095。如图3.7所示。

图3.5   在工程树中添加子程序组件

图3.6   添加子程序

图3.7   设置子程序名称和编号

然后,在工程树上用鼠标左键双击子程序名称,进入子程序编辑界面。在此界面编写子程序,方法和编写主程序相同。

后,在主程序中用CALL  Pn指令,调用子程序Pn即可。如图3.10所示。

2.  顺序控制编程方法

许多控制过程都属于顺序控制,其特点是整个控制过程可划分为多个工步(Step),每个工步用一个状态元件(如:Si)控制,程序按工步顺序执行,而且任何时候都只有一个工步在工作。即任何时候,只有一个Si=On,其他Sj = Off,j = 1~n,不含i。

使用置位、复位指令很容易实现顺序控制。在第i个工步执行完时,将该工步的状态元件Si复位,并根据当前状态,选择下一工步j,并将Sj置位。

如图3.8所示,控制Z轴上下运动的子程序Z_DownUp就是用置位、复位指令实现顺序控制。

工步S30:Z轴向下运动。

Z轴到位后, RST 30,SET S31

工步S31:点胶阀开启,0.5秒后关闭。

定时器T1闭合后, RST 31,SET S32

工步S32:Z轴向上运动。

Z轴到位后,子程序结束  RST 32,SET S33

四)三轴点位运动例程

设XY平台上有5行、6列工件,间距相等,如图3.6所示。Z轴上装有点胶针头,每个工件上需要点胶,出胶时间为0.5秒。

主程序控制X、Y轴以图3.9中虚线所示路径运动,X、Y轴运动到每个工件位置上时,调用子程序。主程序见图3.10。

子程序控制Z轴上、下运动及点胶阀的开关时间。子程序见图3.8。


图3.8   控制Z轴上下运动的子程序

图3.9   XY平台上的5行、6列工件及运动轨迹

主程序也是采用顺序控制方式。只是在S3和S4步中,使用了比较指令,判断当前的列数D0和行数D1,确定下一步的跳转位置。详见图3.10中的注释。


图3.10   点胶机主程序

四.  人机界面的设计方法

ProU可设计出友好的人机交互界面,功能类似于触摸屏。可视化开发工具提供了丰富的控件,设计者可根据实际需要进行灵活设计。控件的设置与Visual BASIC、C#的相似。

下面以X轴手动调节位置为例,介绍人机界面的设计过程。

1.  设置脉冲当量

ProU可以设置每个轴的脉冲当量。方法如图4.1所示,其含义为X轴电机转动1个脉冲,X轴平台位移7.5微米。运动控制卡前续设置过程详见本文第二章节。

图4.1   X轴脉冲当量的设置

注意:位置单位设置为毫米,则参数表中的速度单位为mm/min,位移单位为微米。如图4.2、4.3、4.4所示。

图4.2   回原点的参数设置

2.  运动参数的寄存器

从图4.3中可看出,“定位数据”第1行的点位运动指令中的速度寄存在R404,定位位置寄存在R406。从图4.4中可看出,JOG运动的速度寄存在R176。

图4.3   X轴的定位数据

图4.4   X轴JOG运动的速度

在X轴“输入输出”参数表的下方可看到其他运动参数的地址,如图4.5所示。

轴的实际位置寄存在R22,轴的速度寄存在R32。


图4.5   X轴各状态的地址

3.  设计人机界面

1)在“工程数据”栏中,用鼠标右键点击工程名,添加“可视化”。

用鼠标右键点击工程树上的“可视化”,添加一个界面,设界面名称为Form。

鼠标左键双击“Form”,进入可视化界面的编辑窗体。如图4.6所示。


图4.6   添加可视化界面

2)在“工程数据”栏下方,点击“可视化”;在“可视化”栏中,点击“标准控件”。

在“标准控件”栏中,选中控件“Button”,即按钮。按住左键,将其拖入左边的编辑窗体中。在左边“控件属性”栏中,将Text的值设为Run。同样,再拖3个Button控件,并将相应的Text设为Home、<-、->。如图4.7所示。

3)在“标准控件”栏中,选中控件“Label”,即标签。按住左键,将其拖入左边的编辑窗体中。在左边“控件属性”栏中,将Text的值设为Distance:。同样,再拖4个Button控件,并分别将Text设为Max Speed:、Position:、Speed:、Jog Speed:。如图4.7所示。


图4.7   设计人机界面

4)在“标准控件”栏中,选中控件“TextBox”,即文本框。按住左键,将其拖入左边的编辑窗体中。然后再拖入3,分别放置在Distance:、Max Speed:、Position:、Speed:之后。如图4.7所示。

5)在“标准控件”栏中,选中控件“RadioButton”,即单选按钮。按住左键,将其拖入左边的编辑窗体中。然后再拖入2个,都放置在Jog Speed:之后,并在左边“控件属性”栏中,分别将它们的Text值设为High、Middle、Low。如图4.7所示。

6)可以选用控件GroupBox,将某一类控件圈在一起,并可在Text属性中填写名称。

7)编辑窗口右边是一排用于对齐控件位置的快捷键,使用方法和Word软件中的相同。

4.  编写梯形图

梯形图如图4.8所示,M0控制点位运动,M1控制回原点运动。M0、M1分别对应于图4.7中的按钮Run和Home。M11、M12、M13分别对应于单选按钮High、Middle、Low。这3个单选按钮用于设置JOG运动的速度。

M8002为初始化脉冲常开触点,PLC运行时个扫描周期为ON。程序一运行,M8002将M13设为ON。即程序开始时JOG运动的速度为Low。

5.  定义变量

在“工程数据”栏中,用鼠标右键点击工程名,添加“变量”。

用鼠标右键点击工程树上的“变量”,添加一个变量表,名称设为Variable。

鼠标左键双击“Variable”,进入变量表。如图4.9所示。

图4.8   与人机界面对应的梯形图

图4.9   变量表

鼠标左键点击变量表左侧的个图标 ,添加变量。弹出的对话框如图4.10所示,填写名称、地址、类型、格式。所有变量添加完后,结果如图4.9所示。

在程序运行过程中,鼠标左键点击变量表左侧的图标 ,可以监视变量的变化情况。

图4.10   变量设置对话框

6.  变量与控件关联

1)选中Distance:后面的文本框,在其属性框中点击“Action”行中的小按钮,在弹出的变量选择对话框中,选中变量Distance,如图4.11所示。

同样,将Max Speed:、Speed:、Position:后面的文本框的Action属性分别设为变量MaxSpeed、Speed、Postion。

图4.11   文本框与变量的关联

2)选中文本框Distance,在其属性框中将小数点定标位数“DotMum”设为4;小数点有限位数“DotValid”设为3,这样Distance的数据将以毫米为单位显示。将“Suffix”属性设为mm,这可以使文本框显示的数据后面加上mm。如图4.12所示。

文本框Position也照此样设置。

图4.12   文本框Distance的属性

图4.13   文本框MaxSpeed的属性

3)选中文本框MaxSpeed,在其属性框中将小数点定标位数“DotMum”设为2;小数点有限位数“DotValid”设为3;将“Suffix”属性设为mm/min。如图4.13所示。文本框Speed也照此样设置。

4) 选中按钮Run,在其属性框中的“Action”设为变量Run;鼠标点击行为“Click”设为TOGGLE,即切换按钮:鼠标点一次,按钮被按下,再点一次,按钮抬起;将“BackColor On”属性设为Lime,当按钮为On时,按钮的颜色变为绿色。将“BackColor Var”属性设为变量Run。

如图4.14所示。

按钮Home也照此样设置,只是变量为M1。没有在变量表中定义的元件也可以和控件关联。

图4.14   按钮Run的属性

图4.15   按钮Left的属性

5) 选中按钮<-,在其属性框中的“Action”设为变量Left;鼠标点击行为“Click”设为ON-OFF,即:鼠标键点住按钮,按钮被按下,鼠标键抬起,按钮也抬起;将“BackColor On”属性设为Lime,当按钮为On时,按钮的颜色变为绿色。将“BackColor Var”属性设为变量Left。如图4.15所示。

按钮->也照此样设置,只是变量为Right。

6)分别选中单选按钮High、Middle、Low,在其属性框中的“Action”分别设为变量High、Middle、Low。

7.  设置人机界面的尺寸

人机界面中的各个控件全部设置完成后,点击人机界面窗体,用鼠标将其调整到合适的大小。这时属性框中显示“布局”,在其属性“Size”栏后可看到界面的尺寸。

双击工程树上的“设备”,在弹出的对话框中,选“可视化”,将“尺寸”栏中的数据修改为人机界面实际大小。如图4.16所示。

8.  保存“工程”,将所有程序和参数写入ProH,如图2.14所示;运行程序,然后点击如图2.12的ProH界面中的“可视化”。人机界面如图4.17所示。

在文本框Max Speed、Distance中设置参数,再点击按钮Run,X轴平台即开始点位运动;点击按钮Home,X轴即开始回原点;先选择JOG运动的速度,然后点击按钮Left或Right,可点动控制X轴平台左右移动。

图4.16   设置人机界面的尺寸

图4.17   正在运行的人机界面

之后再要运行该程序,只需打开电脑,运行ProH,然后点击界面中的“可视化”即可。

五.  小结

ProU软件不但可以使用DMC1380运动控制卡,还可以使用DMC3000、DMC5000系列运动控制卡。

使用运动控制卡开发自动化设备,可大幅提升设备的性能和效率。对于熟悉PLC的用户而言,ProU软件是迅速上手运动控制卡的捷径。

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