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文檔簡介

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)電氣控制與電氣控制與 PLC課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題題 目目: 全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱:院系名稱: 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級:專業(yè)班級: 自動(dòng)自動(dòng) F0703 學(xué)生姓名:學(xué)生姓名: 學(xué)學(xué) 號(hào):號(hào): 指導(dǎo)教師:指導(dǎo)教師: 設(shè)計(jì)地點(diǎn):設(shè)計(jì)地點(diǎn): 中中 2-421 設(shè)計(jì)時(shí)間:設(shè)計(jì)時(shí)間: 2010-6-202010-6-25 成績:指導(dǎo)老師簽名: 日期: 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 摘 要本次課程設(shè)計(jì)介紹了由可編程控制器、傳感器在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。以及介紹了可編程序控制器(PLC)和

2、 PLC 控制系統(tǒng)的基本知識(shí),包括PLC 的定義、特點(diǎn)、分類、技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件知識(shí)及 PLC 控制系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)。采用三菱公司的 FX2N 系列的PLC,設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。全自動(dòng)洗衣機(jī)通過了可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、脫水、 排水的過程,省時(shí)省力。為人們提供了一個(gè)方便的工具。關(guān)鍵詞: 可編程控制器 傳感器 電機(jī) 洗衣機(jī)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目目 錄錄精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1. 引言引言可編程控制器是以計(jì)算機(jī)為核心的通用自動(dòng)控制裝置,它的功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡單、使用方便、體積小。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)

3、域,它以微處理器為核心,用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等,并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 該設(shè)計(jì)采用三菱公司的 FX 系列可編程控制器。我們在這里有必要詳細(xì)介紹三菱的 FX 系列可編程控制器的性能指標(biāo),硬件組成和指令。 PLC 的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于,要完成一個(gè)控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù),更為重要的是要知道如何針對實(shí)際應(yīng)用的需要選擇合適的PLC 型號(hào),然后進(jìn)行資源配置,設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。 該設(shè)計(jì)為全自動(dòng)洗衣機(jī)的 PLC 控制,主要介紹了全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理,控制系統(tǒng)的 PLC 的選型和資源的配置,控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試,控制系統(tǒng) PLC

4、程序。1.1 系統(tǒng)描述及控制要求系統(tǒng)描述及控制要求系統(tǒng)描述:在現(xiàn)在各種控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用 PLC,因?yàn)槠淠芸朔?dāng)今各種控制器的缺點(diǎn),它是整體模塊,集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。在應(yīng)用中硬件也相對簡單,提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。因此次全自動(dòng)洗衣機(jī)采用 PLC 控制系統(tǒng)將大大提高工作效率,和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。PLC 控制器控制端口輸出,控制電機(jī)接觸器線圈輸出,以達(dá)到控制電機(jī)的工作或停止。兩個(gè)電機(jī),一個(gè)電機(jī)應(yīng)用于洗滌另一個(gè)電機(jī)用與抽水進(jìn)水裝置。四個(gè)傳感器分別用來檢測排空檢測、高水位檢測、中水位檢測、低水位檢測。檢測信號(hào)輸入到 PLC 中相應(yīng)的開關(guān)作為工

5、作輸入信號(hào)。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)有人們操作制定工作模式,多個(gè)按鈕來控制電源接通或斷開??刂埔螅海?)按下啟動(dòng)按鈕及水位選擇開關(guān),注水直到高(中、 低)水位,關(guān)水精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)(2)2s 后開始洗滌(3)洗滌時(shí),正轉(zhuǎn) 30s,停 2s,然后反轉(zhuǎn) 30s,停 2s(4)如此循環(huán) 5 次,總共 320s 后開始排水,排空后脫水 30s(5)開始清洗,重復(fù)(2)(5) ,清洗兩遍(6)清洗完成,報(bào)警 3s 并自動(dòng)停機(jī)(7)若按下停車按扭,可手動(dòng)排水(不脫水)和手動(dòng)脫水(不計(jì)數(shù)) 輸入點(diǎn): 輸出點(diǎn): 啟動(dòng) x1 低水位檢測 x11 啟動(dòng)洗衣機(jī) y1 停止 x2 手動(dòng)排水 x12 進(jìn)

6、水閥 y2 高水位 x3 手動(dòng)脫水 x13 正轉(zhuǎn) y3 中水位 x4 反轉(zhuǎn) y4 低水位 x5 排水 y5 排空檢測 x6 脫水 y6 高水位檢測 x7 報(bào)警 y7中水位檢測 x102. 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案2.1 選定控制器選定控制器PLC 有以下優(yōu)點(diǎn): 可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關(guān)量邏輯控制為主的自動(dòng)控制裝置;它具有存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ)器,能夠按照控制程序,將輸入的開關(guān)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等處理后,以開關(guān)量的形式輸出,控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。 可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,主要是由于它具有以下特點(diǎn)。(1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 用軟件實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)

7、量邏輯運(yùn)算,克服了因繼電器觸頭接觸不良而造成的故障;輸入采用直流低電壓,更加可靠、安全;面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì),采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施,適用于各種惡劣的環(huán)境,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的控制系統(tǒng)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)(2)編程簡單、易于掌握 PLC 采用梯形圖方式編寫程序,與繼電器控制邏輯的設(shè)計(jì)相似,具有直觀、簡單、易于掌握的優(yōu)點(diǎn)。(3)功能完善、靈活方便 隨著 PLC 的發(fā)展,其功能更加完善,不僅具有開關(guān)量邏輯控制功能和步進(jìn)、計(jì)數(shù)功能而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。(4)體積小、質(zhì)量輕、功耗低 單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn):(1)要求環(huán)境,

8、單片機(jī)對環(huán)境的適應(yīng)能力較低,可靠性差。(2)編程和 PLC 相比難以學(xué)習(xí),主要是單片機(jī)采用匯編語言或者是 C 語言,這些高級語言和 PLC 語言相比,難以學(xué)習(xí)。(3)功能單一只具有使用中所需要的功能,但是,它結(jié)構(gòu)簡單,處理速度快。通過論證,PLC 作為洗衣機(jī)控制器比較好。2.2 系統(tǒng)組成框圖及工作原理系統(tǒng)組成框圖及工作原理系統(tǒng)圖如圖 2.1 所示。它有以下幾部分組成。 (1)壓力傳感器分別檢測排空檢測、高水位檢測、中水位檢測、低水位檢測。 (2)開關(guān) 由人們控制按通,分別有高水位按鈕、低水位按鈕、中水位按鈕,分別對應(yīng)不同的洗衣模式。(3)PLC 控制器,用來接收外部開關(guān)控制信號(hào)和傳感器控制信號(hào)

9、,進(jìn)行邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)等處理后,以開關(guān)量輸出,控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)或停止。 (4)交流電機(jī) 分用于進(jìn)水和洗滌工作兩種電機(jī)。 (5)各種指示燈 用來指示洗衣機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。各各種種水水位位檢檢測測傳傳感感器器P PL LC C各各種種開開關(guān)關(guān)量量電電機(jī)機(jī)進(jìn)進(jìn)水水或或洗洗滌滌工工作作指指示示燈燈2.1 系統(tǒng)組成框圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)工作原理:由開關(guān)設(shè)置洗衣機(jī)洗衣模式,經(jīng)傳感器檢測水位信號(hào)輸入 PLC,經(jīng)PLC 計(jì)算、延時(shí)等判斷是否滿足開關(guān)量輸出,滿足則控制電機(jī)相應(yīng)的工作,進(jìn)行進(jìn)水或洗滌。同時(shí)指示燈亮指示相應(yīng)洗衣機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。2.3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)(1)壓力傳感器本實(shí)驗(yàn)采用 HM2

10、1 利用流體靜力學(xué)原理測量水位或液位,是壓力傳感器的一種重要應(yīng)用。用微機(jī)械加工技術(shù)制作的高靈敏度的硅壓阻力敏元件是液位傳感器的心臟,輔之以帶通氣導(dǎo)管的專用電纜及專門的水密封技術(shù),既保證了浸入式傳感器的水密封,又使得參考壓力腔與環(huán)境氣壓相通,從而獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果與優(yōu)良。HM21 的主特性參數(shù)如下:工作電壓:2136VDC 性能參數(shù)測量范圍(FS)00.5m200mH2O 或 05KPa2MPa允許過壓2 倍滿量程壓力測量介質(zhì) 與 316 不銹鋼兼容液體(特殊可選防腐型)綜合精度0.25%FS0.5%FS1%FS長期穩(wěn)定性典型:0.1%FS/年最大:0.2%FS/年使用溫度范圍一體式:-2070

11、 分體式(插入式):-2080補(bǔ)償溫度范圍一體式:-1055 分體式(插入式):-1070零點(diǎn)溫度漂移典型:0.02%FS/最大:0.05%FS/滿度溫度漂移典型:0.02%FS/最大:0.05%FS/供電范圍1236VDC(一般 24VDC)信號(hào)輸出420mA/15VDC/ 05VDC負(fù)載電阻(U-10)/0.02外殼:不銹鋼 1Cr18Ni9Ni 膜片:不銹鋼 316L 結(jié)構(gòu)材料 密封:氟橡膠電纜:7.2mm 聚氯乙烯專用電纜絕緣電阻100M,50VDC防護(hù)等級外殼防護(hù)等級 IP68安全防爆Ex ia CT5響應(yīng)時(shí)間2 ms重 量約 250 克精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)分辨

12、率無限?。ɡ碚摚?/100000(通常)(2)三菱 FX2N 系列 PLC本次設(shè)計(jì)主要采用 FX2N 系列 PLC,它主要由 中央處理器(CPU) 、存儲(chǔ)器、輸入輸出(I/O)接口電路、電源、擴(kuò)展單元、外圍設(shè)備等部分構(gòu)成??删幊炭刂破鞯闹饕阅苤笜?biāo):1)輸入輸出(I/O 點(diǎn)數(shù)) I/O 點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。2)存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)器容量,一般以步為單位,二進(jìn)制 16 位即一個(gè)字為一步。3)掃描速度 一般以執(zhí)行 1000 步指令所需時(shí)間來衡量,也有以執(zhí)行一步指令所需時(shí)間來計(jì)算。4)功能擴(kuò)展能力 可編程控制器除了主模塊之外,通常

13、都可配備一些可擴(kuò)展模塊,以適應(yīng)各種需要,如 A/D 模塊、D/A 模塊。5)指令系統(tǒng) 指令控制系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程控制器指令總和。(3)電機(jī)的選擇由于家庭提供的電源限制故選單相電容式轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)。以 3.6 公斤全自動(dòng)洗衣機(jī)為例,由于全自動(dòng)洗衣機(jī)的脫水桶直徑較大,這偏心不能不考慮,所以計(jì)算時(shí)應(yīng)以洗滌物可能產(chǎn)生前最大偏心為計(jì)算依據(jù)。脫水時(shí)電機(jī)功率比洗滌時(shí)要大,在確定電機(jī)時(shí)應(yīng)以脫水時(shí)消耗的功率為依據(jù),也就是說脫水時(shí)電機(jī)功率就是洗衣機(jī)所確定的電機(jī)的額定功率。所以 3.6 公斤全自動(dòng)洗衣機(jī)電機(jī)額定功率選為 180 瓦。符合全自動(dòng)洗衣機(jī)的功率范圍 120W-250W.故選擇 YY104-180 型號(hào)單相

14、電容式轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī),功率 180 瓦,額定電壓220V,轉(zhuǎn)速 1350r/min,電流 1.7A。(4)發(fā)光二極管用于指示洗衣機(jī)工作狀態(tài)。連接在控制回路中,幾十毫安就可以使二極管發(fā)光指示作用。用它成本低、功耗小、性能穩(wěn)定、適應(yīng)家庭電器應(yīng)用。2.4 電氣控制線路的原理草圖電氣控制線路的原理草圖QS 斷路開關(guān)家用可采用 HZ10 系列組合開關(guān),主要用于電源的引入。FU精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)熔斷器是簡單有效的保護(hù)電器,可選用半封閉插入式熔斷器。KW 接觸器選用CJ12T-250 系列交流接觸器,額定電流 250A。FR 熱繼電器是一種保護(hù)電器,專門用來對過載及電源斷相進(jìn)行保護(hù),以防

15、止電動(dòng)機(jī)因上述故障導(dǎo)致過熱而損壞。常用 JR16、JR20、JRS1 系列熱繼電器,本次設(shè)計(jì)采用 JR16,額定電壓380V,額定電流 150A。M1、M2 分別為進(jìn)水電機(jī)和洗滌電機(jī)。X3、X4、X5、SB0 為四觸頭兩檔萬能開關(guān)。SB1 是手動(dòng)脫水開關(guān)。X7、X10、X11 分別為高、中、低位水位檢測壓力傳感器輸入信號(hào)控制開關(guān)。T0、T1、T2、T3 分別為時(shí)間繼電器,采用空氣式時(shí)間繼電器,其具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)我們采用 JS23 系列空氣時(shí)間繼電器,線圈額定工作電壓直流 220V,延時(shí)范圍 0.2-0.3/s。如圖 2.2 所示為系統(tǒng)電氣控制原理圖:M M1 1

16、K KW W1 1M M2 2K KW W2 2K KW W3 3F FR RQ QS SF FU UF FR RS SB B0 0X X3 3X X4 4X X5 5X X7 7X X1 10 0X X1 11 1K KW W1 1T T0 0K K2 20 0K KW W2 2T T1 1K K3 30 00 0T T2 2K K2 20 0K KW W3 3T T3 3K K3 30 00 0X X3 3X X4 4X X5 5X X7 7X X1 10 0X X1 11 1K KW W3 3K KW W2 2T T1 1T T2 2T T0 0K KW W2 2T T1 1 S SB

17、B1 1T T1 1T T2 2T T1 1T T2 2K KW W3 3T T3 3進(jìn)進(jìn)水水電電機(jī)機(jī)洗洗滌滌電電機(jī)機(jī)2.2 系統(tǒng)電氣原理控制原理圖3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)運(yùn)行主要流程圖系統(tǒng)運(yùn)行主要流程圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)系統(tǒng)流程圖主要顯示了,洗衣機(jī)系統(tǒng)從打開開關(guān)、進(jìn)水、洗滌、脫水、排水到洗衣機(jī)系統(tǒng)停止主要運(yùn)行過程。洗衣機(jī)啟動(dòng)先初始化內(nèi)部處理 PLC 輸入掃描、通信信號(hào)傳輸線路處理,PLC 通過輸入得到各開關(guān)量及傳感器信息,通過運(yùn)算、計(jì)時(shí)等運(yùn)行程序 T 形圖,在經(jīng)過輸出掃描,輸出相應(yīng)的開關(guān)量信號(hào)控制接觸器輸出,接通相應(yīng)電機(jī)運(yùn)行洗衣機(jī)的相應(yīng)功能,進(jìn)水、洗滌、脫水、

18、排水等操作。如圖 3.1 所示為系統(tǒng)流程圖。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)開開始始初初始始化化狀狀態(tài)態(tài)注注水水洗洗滌滌正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)3 30 0秒秒暫暫停停暫暫停停2 2秒秒洗洗滌滌反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)3 30 0秒秒排排水水暫暫停停2 2秒秒正正反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)洗洗滿滿5 5次次?脫脫水水3 30 0秒秒后后排排水水洗洗滌滌兩兩邊邊否否?報(bào)報(bào)警警3 3秒秒停停機(jī)機(jī)N NY YN NY Y排排空空否否?Y YN N3.1 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖3.2 I/O 分配表分配表精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)PLC 輸入輸出對應(yīng)點(diǎn)數(shù),對應(yīng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)作用,應(yīng)用 3.2 表如下:輸入點(diǎn)地址號(hào)信號(hào)名稱輸出點(diǎn)地址號(hào)信

19、號(hào)名稱X2停止Y1啟動(dòng)洗衣機(jī)X3高水位Y2進(jìn)水閥X4中水位Y3正轉(zhuǎn)X5低水位Y4反轉(zhuǎn)X6排空檢測Y5排水X7高水位監(jiān)測Y6脫水X10中水位監(jiān)測Y7報(bào)警X11低水位監(jiān)測X12手動(dòng)排水X13手動(dòng)脫水3.2 I/O 分配表3.3 系統(tǒng)對應(yīng)外部接線圖系統(tǒng)對應(yīng)外部接線圖應(yīng)用 PLC 控制洗衣機(jī)的外部接線圖,如圖 3.3 所示洗衣機(jī)各部件相應(yīng)開關(guān)、傳感器、外接執(zhí)行器件的接口與 PLC 連接接口對應(yīng)連接。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)啟動(dòng)液位選擇開關(guān)高液位檢測中液位檢測低液位檢測手動(dòng)排水X3X4X5X7X10X11X12C0M排空檢測X6X0Y0Y1Y2Y3Y4Y5COM3.3 系統(tǒng)外部接線圖3

20、.4 系統(tǒng)總系統(tǒng)總 T 形圖形圖PLC 工作軟件指令,梯形圖是 PLC 編程語言之一。PLC 執(zhí)行梯形圖總是按先上后下、先左后右的順序?qū)τ晒?jié)點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算,然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果,刷新輸出映像寄存器或系統(tǒng) RAM 區(qū)對應(yīng)位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段,只有輸入運(yùn)算寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會(huì)發(fā)生改變。其他各種元素在輸出映像寄存器或其他系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時(shí)發(fā)生改變。掃描是從上到下順序執(zhí)行的,前面執(zhí)行的結(jié)果可能被后面程序所用到,從而影響后面程序執(zhí)行的結(jié)果。程序的執(zhí)行就是 PLC 對輸入的開關(guān)量信息的相應(yīng)的運(yùn)算、計(jì)時(shí)等,按照人們的意愿完成,相應(yīng)的輸入開

21、關(guān)量,在由設(shè)定的執(zhí)行器進(jìn)行動(dòng)作。完成人們設(shè)計(jì)系統(tǒng)要完成的功能。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.系統(tǒng)監(jiān)測與調(diào)試系統(tǒng)監(jiān)測與調(diào)試精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)大體思路如下:1.硬件調(diào)試:硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本檢測儀表檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可以分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。(1)靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測。第一步:目測。檢查外部的各種元件或者電路是否有斷點(diǎn)。第二步:用萬用表檢測。先先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn),再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步:加電檢測。給板加電,檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值。第四步:聯(lián)機(jī)檢測。因?yàn)橹挥杏每删幊炭刂破鏖_發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。(2)動(dòng)態(tài)調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的期間內(nèi)部故障、期間連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢測。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、有分到合。2.軟件調(diào)試:軟件調(diào)試是通過對擁護(hù)程序的匯編

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