基于plc的在全自动洗衣机控制系统中的设计

电子与信息工程学院

本 科 毕 业 论 文

论文题目 PLC控制洗衣机 学生姓名 *** 学 号 ****** 专 业 电气工程及其自动化 班 级 *** 指导教师 *****

2013年5月

摘 要

摘 要

本课题主要研究的是利用PLC作为核心控制系统的全自动洗衣机，全文介绍了洗衣机的发展历史，分析了洗衣机的工作原理，在此基础上提出了用PLC控制的全自动洗衣机方案，并对方案的进行了深入探究，根据洗衣机的工作原理和PLC控制系统的特点，设计出一套洗衣机的控制流程，对洗衣机的各个功能进行控制并反映在控制面板的按钮上，实现了洗衣机集进水、洗涤、排水、脱水等功能于一体的全自动化控制。本文还针对洗衣机全自动控制系统的硬件设计进行了研究论证，软件设计进行了模拟调试，最终使全自动洗衣机能安全稳定的运行，操作起来更加快捷方便。

关键词：PLC；全自动洗衣机；梯形图；

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ABSTRACT

This topic main research is the use of PLC as the core control system of fully automatic washing machine. Full text introduces the development history of the washing machine and analysis of the washing machine working principle. On this basis put forward the use of PLC control of automatic washing machine and makes a deep exploration of solutions. According to the washing machine working principle and the characteristics of the PLC control system, I design a set of washing machine control process and each function of the washing machine to control and to reflect on the control panel of the button and implements the washing machine water, washing, water drainage, dehydration, and other functions in one of the full automatic control. This article also aimed at fully automatic washing machine control system's hardware design is studied and also Simulated debugging software design, eventually make full automatic washing machine is capable of safe and stable operation. This control method makes more quick and convenient to operate

KEY WORDS: PLC;Automatic washing machine;Ladder diagram

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目 录

目 录

1 绪论 .................................................................................................................................. 1 1.1 研究目的及意义 .......................................................................................................... 1 1.2 洗衣机的发展历史 ...................................................................................................... 2 1.3 设计要求 ...................................................................................................................... 3 2 全自动洗衣机系统 .......................................................................................................... 5 2.1 全自动洗衣机的原理和构造 ...................................................................................... 5 2.1.1 全自动洗衣机的种类及性能比较 ...................................................................... 5 2.1.2 洗涤脱水系统 ...................................................................................................... 7 2.1.3 排水和进水系统 .................................................................................................. 7 2.1.4 电动机及传动系统 .............................................................................................. 7 2.2全自动洗衣机功能要求 ............................................................................................... 8 3 硬件电路的设计 ............................................................................................................ 10 3.1 主控线路接线图 ........................................................................................................ 10 3.2 控制系统硬件接线 ..................................................................................................... 11 3.2.1 PLC介绍 .............................................................................................................. 11 3.2.2 PLC接线 ............................................................................................................. 12 3.3 系统资源分配 ............................................................................................................ 14 4 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试 .................................................................... 17 4.1 洗衣机的力控组态仿真 ............................................................................................ 17 4.2 程序的流程图构成和相关设置 ................................................................................ 20 4.3 全自动洗衣机PLC控制系统程序 ............................................................................ 22 5 结论与展望 .................................................................................................................... 23 致 谢 .................................................................................................................................... 24 参考文献 ................................................................................................................................ 25 附 录 .................................................................................................................................... 26

即可）：Equation Chapter 1 Section 1

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绪 论

1 绪论

1.1 研究目的及意义

总所周知，洗衣机是人们居家必备的一种电器，慢慢的成为人们生活中不可或缺的家电之一。然而，传统的洗衣机使用的是继电器的控制，随着时代的发展，逐渐满足不了人们日益增长的对洗衣机自动化程度的要求了。洗衣机要想更好的服务于家庭，必须做到更加智能，实现更大程度的自动化。在继电器控制系统的基础上，PLC控制技术应运而生。PLC控制系统的梯形图程序与继电器系统的电路图很相似，梯形图中的部分编程元件更是沿用了继电器这一名称，例如输入继电器、输出继电器等。伴随着PLC技术的成熟，用PLC代替继电器作为控制器，使得洗衣机的智能程度达到了一个全新的高度，不但自动化的水平正好满足了现代社会的要求，且控制方式非常灵活多样，可根据不同场合的控制要求而设置不同的控制模式。PLC技术的快速发展，使洗衣机由开始的半自动化发展到现在的全自动化，且正向智能化发展。

本课题研究重点为全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能达到进水、洗涤、排水、脱水、报警等功能，所使用的控制方法稳定可靠、操作简单、维修与维护方便。本课题研究的控制方法确定后，要尽可能缩短控制系统的设计的时间、调试周期，而且还要降低成本。

传统洗衣机的控制主要采用的是继电器控制，这种控制方法的优点在于：结构简单、抗干扰能力强且成本低。这种控制方法的不足之处也有很多，例如很多继电器都工作在长时间磨损的状态，在疲劳的条件下工作极易损坏，况且继电器的触点容易产生电弧，严重的时候会熔在一起，导致严重的后果，产生不必要的损失。大型继电器在满负荷运载的时候，会产生很大的噪声同时放出大量的热，与此同时浪费了大量的电能。而且继电器控制系统要求只能是手工接线、安装，只要有一点点的改动，就需要耗费大量时间及人力去改装调试。这种电路接线复杂，不适合大型的控制电路。

相对于继电器控制，PLC控制的优势如下：

（1） 可靠性高，抗干扰能力强。可靠性是判断电气控制设备优劣的关键因素。传统的继电器控制系统都是采用了大量的时间继电器、中间继电器，如果触点老化或者接触不良，很容易发生故障。由于PLC采用了大规模集成电路技术，硬件和软件使用了一系列先进的抗干扰技术，使用软件代替了繁杂的时间继电器、中间继电器，大量的减少了接线，很大程度上消除了因触点接触问题而造成的故障，具有很高的稳定性，在广大用户中获得一致的好评。

（2） 配套齐全，功能完善，使用方便，适应性强。PLC发展到今天，其产品已经标准化，流水线批量生产，已配备各种功能齐全的装置供用户选择。用户可方便灵活的的选择系统配置，从而实现不同规模不同功能的系统。PLC的安装接线一般采用接线端子连接外部接线，安装十分方便。

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（3） 使用方便，编程简单。PLC使用的编程语言绝大多数是梯形图，其表达方式和电路符号与大家熟悉的继电器十分类似。梯形图语言简单易学，直观形象，深受各界工程技术人员欢迎。

（4） 系统的设计、维修工作量小，调试方便，容易改造。PLC用存储逻辑等软件功能代替接线逻辑，有效的减少了控制设备的外部接线，使控制系统的设计、安装、调试和接线的工作量减小了很多，大大的缩短了控制系统设计及建造的周期。PLC的故障很少，自身有完善的自诊断功能，PLC发生故障时，可通过发光二极管或编程器上显示的信息方便快速的找到故障原因，即使的排除故障，使得维护变得容易起来。同一设备通过改变程序，可实现不同的功能，使PLC产品大批量生产。

（5） 体积小，能耗低。由于PLC使用软件代替了大量的时间继电器和中间继电器，小型PLC的体积仅仅相当于几个继电器的体积，从而节省了开关柜的体积，很容易嵌入机械内部，实现机电一体化。

1.2 洗衣机的发展历史

远在十九世纪中叶，那时候的人们通过在小溪的石头上面敲打衣物的方式来清除衣物上的污垢，如今，我们只需要按动一个按钮就可以轻松的洗涤大量的衣物。

1858年，一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。这台洗衣机主要就是一只圆桶，桶里面装着一个直轴，轴上面安装有螺旋状的叶子。轴通过一个曲柄连到外面。那一年史密斯获得了这台洗衣机的专利权。但是，他设计的这台洗衣机使用不省力，而且对衣物有损伤，因此没有被推广，但这台洗衣机就是洗衣机时代开始的标志。

1859年，德国人发明了一种利用捣衣杵的搅拌洗涤衣物的洗衣机，通过外力使捣衣杵上下运动，装有弹簧的木钉便不断的摩擦衣物而达到洗涤的效果。1874年，美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。这台洗衣机的构造是在木筒里装上6块叶片，摇动手柄，通过齿轮把动力传到筒内，使衣物在筒内不停地翻转，从而达到洗涤的目的。随着这台机器的诞生，使人们的劳动效率得到大大的提高，为洗衣机的研究奠定了基础。

随着蒸汽机的问世，洗衣机的动力装置有了新的革新。1880年，美国又发明了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。 现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统，可将高浓度洗涤液与高温蒸气同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗”全新洗涤方式与普通滚筒洗衣机在洗涤时需要加热整个滚筒的水不同，蒸汽洗涤是以深层清洁衣物为目的，当少量的水进入蒸汽发生盒并转化为蒸汽后，通过高温喷射分解衣物污渍。蒸汽洗涤快速、彻底，只需要少量的水，同时可节约时间。对于放在衣柜很长时间产生褶皱、异味的冬季衣物，能让其自然舒展，抚平褶皱。“蒸汽烘干”的工作原理则是把恒定的蒸汽喷洒在衣物上，将衣物舒展开之后，再进行恒温冷凝式烘干。通过这种方式，厚重衣物不仅

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绪 论

干得更快，并且具有舒展和熨烫的效果。

随后，内燃机洗衣机、水力洗衣机也先后问世。直到1911年，由美国研制成功了世界上首台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。

1922年，由美国玛塔依格公司率先将洗衣机的洗涤机构改造了，用搅拌式替代了传统的拖动式，从此，洗衣机的架构便固定了下来，第一台搅拌式洗衣机顺势而生。这台搅拌式洗衣机的结构是在筒中心装上一个竖立的轴，在竖立轴的下端安装搅拌翼，动力由电动机提供，通过竖立轴传递到搅拌翼，使搅拌翼做周期性的正反摆动，搅动衣物和水持续翻滚、相互摩擦而洗涤污垢。这台搅拌式洗衣机操作简单方便，洗涤效果甚好，受到当时人们的一致好评。

1932年，第一台前装式滚筒洗衣机诞生了，这台洗衣机是由美国本德克斯航空公司研制成功的，他们成功的将洗涤、漂洗、脱水三个过程在同一个滚筒内完成。这标志着电动洗衣机的型式跨越到了一个新的台阶，向自动化又迈进了一大步！

1937年，第一台自动洗衣机诞生了。这种自动洗衣机是是一款“前置”式的，它的缸一次可以洗涤4kg衣服，动力来自于一根水平的轴。衣服在缸内不停地上下翻滚，达到去污效果。一直到19世纪40年代才出现了现代的\上置\式自动洗衣机。

随着工业化的加速，洗衣机的更新也是日新月异。由英国率先研制并推出的是一款喷流式洗衣机，它通过筒体一侧的运转波轮而产生的强烈涡流，使衣物和流水起在筒内不断翻滚，洗涤污垢。

1955年，在英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出了波轮式洗衣机。 二十世纪60年代，日本成功研制并推出了带干桶的双桶洗衣机，当时人们叫它为“半自动型洗衣机”。

二十世纪70年代，波轮式套桶全自动洗衣机横空出世。

二十世纪70年代后期，由电脑控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新纪元。

二十世纪80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚??

二十世纪90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。 之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。

1.3 设计要求

自动洗衣机内设置有高水位、中水位和低水位的检测传感器，控制面板上设置有启动开关、停止开关、定时器及自动洗衣方式设定的触摸按键等。自动洗衣机的过程

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有：洗涤、清洗和脱水。自动洗衣机的全过程包括：启动、进水、洗涤（正转30S停4S，反转30S停4S）、排水（30S）、脱水（20S）、如此循环3次等，每次排水后均进行脱水清洗，完成后报警3S并自动停机。设计满足控制要求的程序。

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全自动洗衣机系统

2 全自动洗衣机系统

2.1 全自动洗衣机的原理和构造

2.1.1 全自动洗衣机的种类及性能比较

从结构上分类，全自动洗衣机大致可分为3类，即搅拌式、波轮式和滚筒式。在我国使用得比较普遍的洗衣机类型主要是波轮式和滚筒式两类，尤以波轮式为主，滚筒式为辅。各种洗衣机都有各自的特色，在此将一一分析。

滚筒式洗衣机有很多优点，主要罗列如下：

1）没有缠绕，磨损低，机械传动部分简单可靠，使用寿命长于波轮式洗衣机。 2）滚筒式洗衣机能更好的将纤维衣物软化，使洗涤后的衣物柔软蓬松，穿起来更加舒服。滚筒还能保护洗涤衣物，减小洗涤衣物的损伤和变形。

3）提高洗涤温度使洗衣粉充分溶解，加速去污速度，提高洗衣粉中相关酶的活性。与此同时，这样还有助于溶解血渍、汗渍，减小油污、灰尘的粘附作用，从而大大的提高去污效率。

4）众所周知，温度越高，扩散越快，因此，温度高可使污物在水中的扩散加快。高温还能杀死一些细菌，保证人体健康。

5）自动化程度高，可设置自动投放洗衣粉等。可以为不同质地的棉制品、化纤制品、羊毛制品等洗涤物科学合理的设计不同的洗涤程序和洗涤温度，使洗涤更加高效。还有防皱浸泡功能，可将洗好的衣物浸泡在清水里，到晾晒前再甩干，避免衣物甩干后不能及时取出晾晒而起皱。

6）省水，省洗衣粉，很环保。滚筒式洗衣机与传统的洗衣机最大的不同在于不需要水位高过衣物，从而节约用水，并减少洗衣粉的投放量。

7）洗涤噪声小。滚筒式洗衣机是封闭式洗涤，可以将内桶转动声和水流声有效的屏蔽掉；而波轮式脱水内桶转动声、洗涤的水流声是无法避免的，刹车装置刹车时和电磁阀动作时声音也很大。

没有加温洗涤的波轮式洗衣机不管如何提高水流，要达到相同的洗涤效果，必须要提供足够的机械力，而机械力越大，对衣物的损伤也就越大。这些因素决定了波轮式洗衣机的磨损率大大高于滚筒式洗衣机。

由于滚筒式洗衣机的市场价格大大高于波轮式洗衣机，波轮式洗衣机更受用户欢迎。

波轮式洗衣机的特点如下：

1）水流冲击效果更佳。现在波轮式全自动洗衣机出现了各种新的水流的形式。如荣事达的网络水流、LG的拳击棒、松下的双瀑布等都采用了这种水流应用于波轮式洗衣机。

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根据系统控制的I/O口的分配和全自动洗衣机的功能要求，控制系统PLC的外部接线设计如图3-4

图3-4 全自动洗衣机PLC接线图

由于用户在使用全自动洗衣机时，洗涤与脱水状态下对电机的转速要求不同，即洗涤需要电机转速小，脱水要求转速大，故洗涤与脱水选择不同的的电，上图中只是用一个电机符号表示电机，是为了画图的简洁与看图的方便。特此说明。

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全自动洗衣机控制系统程序设计和调试

4 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试

4.1 洗衣机的力控组态仿真

洗衣机的工作过程仿真如图4-1：

图4-1全自动洗衣机控制系统组态示意图

如图4-1所示，为全自动洗衣机的示意图包含部分控制面板，利用力控Forcecontrol 6.1作出的组态示意图在全自动洗衣机工作前先设置进水的位置（假设选择的是高水位），按下高水位按钮，接着选择洗衣机需工作的时间（工作时需正反转循环的次数，分别为100次、200次、300次），高档位代表所需正反转循环的次数为300次，中档位代表所需正反转循环的次数为200次，低档位代表所需正反转循环的次数为100次，这样可以逐步减少洗涤的次数。假如选择中档位，将需要清洗的衣服放入里面，然后按下启动按钮，洗衣机内部开始进水到高水位置，此时高水位传感器的灯亮，进水停止，开始洗涤。正转30s停4s，反转30s停4s，如此循环200次开始排水30s，再脱水20s，算是一个循环，然后从进水开始再循环一次为洗衣结束。洗衣完成脱水成功后报警3s钟洗衣机自动停止。

在操作控制界面上有一个简易模式开关，该键的作用的就是让整个洗衣的过程简单化，例如洗涤一较小的衣物，或是洗涤夏季衣物。当按下“简易模式”时，洗衣机会自动切换到循环次数较少的程序完成洗涤。

如果中途有紧急情况下或不想利用全自动洗衣功能时，可以直接按下停止按钮，此时可实现手动停止进水、排水、脱水及报警功能。当感觉衣服已经干净时，而洗衣机还没有进入排水阶段，可按下停止按钮使得自动洗衣功能停止，这时还可以按下手动排水，手动脱水按钮，实现手动排水，手动脱水的功能。

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2）重点的几个参数设定 定义参数：

图4-2 洗衣机的水位参数

选择变量参数：

图4-3 反应器参数

10格每秒，共100格，底色为黄色，蓝色代表水。

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全自动洗衣机控制系统程序设计和调试

图4-4多边线（水管）的参数设置

管道水流动画设置为流动效果，由PLC离散信号控制，或给水或供排水。

图4-5 排水管的变量参数

并为与PLC相连，设置给水管道为离散变量，单独与水罐相连，进入演示画面，测试结果如图4-1所示，动画连接成功。

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4.2 程序的流程图构成和相关设置

1）流程图

⑴ 正常运行流程图

正常运行流程图如图4-6所示。流程图描述:按下启动按扭,开始进水;进水到规定高度,使水位开关接通,实现洗涤正转,并停止进水;洗涤正转30S后,停止4秒,反转30S后,停4秒。计数器加1,累计洗涤次数;直至洗涤达到洗衣次数,开始排水.由于排水,水位降低,当水位低于规定下限水位时,排空检测开关接通,开始脱水,脱水30S后,计数器加1,脱水停止.然后再返回到进水动作 重复上述过程3次,报警并停机.

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全自动洗衣机控制系统程序设计和调试

图4-6 运行流程图

（2）程序的构成

这个程序只有自动方式，在自动方式下，PLC将运行已经设置好的程序和参数。

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（3）程序的下载、安装和调试

将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是由V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4编程软件的指令完成。若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下,运行编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试。

设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细进行检查，并改正写入时出现的错误。程序先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管显示。根据功能图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号。先逐个模拟调试各单一功能是否正常，如正转反转及其时间、进水排水等功能，如有不符之处及时修改。然后再整个程序模拟，看看程序的运行情况是否符合功能表图的规定，即某一转化条件实现时，是否发生进一步的活动状态的正确变，化即该转换的所有的前级步是否变为不活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一个支路、各种可能的进展路线，都逐一进行了检查，发现问题后及时修改梯形图和源程序，例如，正转反转的时间不够时，通过修改时间继电器的相关参数即可，然后把相关梯形图和源程序也进行修改。知道各种可能的情况下，输入量与输出量之间的关系完全符合设计要求。

4.3 全自动洗衣机PLC控制系统程序

全过程运行程序及梯形图见附录

Equation Chapter (Next) Section 1

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全自动洗衣机控制系统程序设计和调试

5 结论与展望

通过本课题的研究设计，对全自动洗衣机的控制系统有了更加深入的理解。全自动洗衣机控制系统充分利用了西门子PLC的特点，有效的控制开关、按钮、电磁阀等其他一些输入输出点设备，使洗衣机洗衣过程的自动化程度得到了大大的提高。洗衣机的工作过程都是由系统提前设计好的，工作时间由PLC内计数器控制,因此，只需要通过改变计数器参数便可改变全自动洗衣机的工作时间。不但可将工作时间提前设定好并保存下来，作为固定程序使用,而且可以根据衣物的数量、质地和油污的程度来编程。

通过本次课题设计，对自动控制原理及应用有了更深的认识，在一个多月的研究过程中学到了很多东西，不但有本论文涉及到的知识，也有很多其他的知识。在设计过程中，我遇到一些不清楚的地方，除了查阅相关资料， 也得到了很多老师和同学的指导。总之，这次设计为我以后的实际应用打下了坚实的基础，为我以后进一步的深入学习和工作提供了坚实的。

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致 谢

毕业设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，PLC已经成为当今空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握PLC的开发技术是十分重要的。

在本论文的写作过程中，我的导师***老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到指出写作中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。论文的完成，不仅在于最后一段时间的搜集和整理，更主要是在四年中学习知识的积累，所以我在此首先要重点感谢四年来教授我们每门课程的老师们，正因为他们严谨的作风和朴实的教学，才能最终让我们走向硕果的终点。同学们的关心和帮助是我的动力，在我知识的缺憾点上给予我很大的帮助，使得论文从刚开始的暇迹斑斑到越来越完善、越来越有内容，最终帮助我完整的写完了整个论文。

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参考文献

参考文献

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TON

T40 100

6） 报警模块 网络18 LD Q0.4 OR Q0.5 CTU C53 2 网络19 LD C53 OR Q0.5 ANI T41 ANI I0.1 OUT Q0.5 TON T41 30

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附 录

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/i7tt.html