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文档简介

项目五PLC功能指令应用和PLC、变频器的综合控制任务三PARTTHREE停车场车位管理系统的PLC控制(1)学会数据变换指令、算术运算和逻辑运算指令、七段译码指令应用编程的方法。(2)能自行绘制停车场车位管理系统的PLC控制I/O分配表和PLC接线图。(3)具备在GX软件中应用功能指令实现停车场车位管理系统的PLC控制程序编写、录入、调试及监控其运行的能力。(4)通过积极动手—尝试体验—拓展延伸的过程,培养学生协作、沟通、自学、善思的良好工作习惯和品质,增强就业意识。任务目标(1)根据停车场车位管理系统的PLC控制要求绘制PLC的I/O分配表。(2)绘制停车场车位管理系统的PLC控制接线图并能正确对PLC进行硬线连接。(3)独立在GX软件中应用功能指令设计编写停车场车位管理系统的PLC控制梯形图并录入、调试及监控其运行,经指导教师初检后,通电检验并调试运行。任务清单分析随着我国城市建设速度的加快和改革的不断深入,经济蓬勃发展,物质日益丰富,机动车的数量也在飞速增加,城市交通需求量日益增大。私家车、出租车比重呈现逐年上升的趋势,车辆停放成为市民最为关注的问题之一。近年来各地政府部门投入了大量人力、物力来改善城市停车设施,停车场的智能管理和安全化更加普及,一定程度上缓解了车辆停放问题(见图5-31)。简单的基础设施建设和停车管理技术已经不能满足社会日益增多的车辆对停车服务的需求。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理,大大减轻了现代社会“停车难”的问题。如何应用PLC功能指令模拟实现停车场车位管理系统的控制呢?任务提出一、数据变换指令1.BCD变换指令BCD变换指令将源元件中的二进制数转换为BCD码送到目标元件中。对于16位或32位二进制操作数,若变换结果超出0~9999或0~99999999的范围就会出错。BCD指令常用于将PLC中的二进制数变换成BCD码输出以驱动LED显示器。2.BIN变换指令BIN变换指令将源元件中的BCD码转换为二进制数送到目标元件中。常数K不能作为本指令的操作元件。如果源操作数不是BCD码就会出错。BIN指令常用于将BCD数字开关的设定值输入PLC中。知识链接3.使用BCD、BIN指令时的注意事项(1)源操作数可取KnK、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z,目标操作数可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。(2)16位运算占5个程序步,32位运算占9个程序步。知识链接二、算术运算和逻辑运算指令1.算术运算指令1)加法指令ADD如图5-32所示,ADD指令是将指定的源元件中的二进制数相加,结果送到指定的目标元件中去。每个数据的最高位作为符号位(0为正,1为负),运算是二进制代数运算。知识链接2)减法指令SUBSUB指令与ADD指令类似。使用加法和减法指令时应该注意以下事项。(1)操作数可取任何数据类型,目标操作数可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。(2)16位运算占7个程序步,32位运算占13个程序步。(3)数据为有符号二进制数,最高位为符号位(0为正,1为负)。(4)加法指令有三个标志:零标志(M8020)、借位标志(M8021)和进位标志(M8022)。当运算结果超过32767(16位运算)或2147483647(32位运算)时,进位标志置1;当运算结果小于-32767(16位运算)或-2147483647(32位运算)时,借位标志置1。知识链接3)乘法指令MULMUL指令将两个源元件中的数据的乘积送到指定目标元件。如果为16位数乘法,则乘积为32位;如果为32位数乘法,则乘积为64位,如图5-33所示。数据的最高位是符号位。知识链接4)除法指令DIV图5-34所示DIV指令的功能是将[S1·]指定为被除数,[S2·]指定为除数,将除得的结果送到[D·]指定的目标元件中,余数送到[D·]的下一个元件中。当X0为ON时,(D0)÷(D2)→(D4)商,(D5)余数(16位除法);当X1为ON时,(D1,D0)÷(D3,D2)→(D5,D4)商,(D7,D6)余数(32位除法)。知识链接使用乘法和除法指令时应注意以下事项。(1)源操作数可取任何数据类型,目标操作数可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z,要注意Z只有16位乘法时能用,32位时不可用。(2)16位运算占7个程序步,32位运算占13个程序步。(3)在32位乘法运算中,若用位元件做目标,则只能得到乘积的低32位,高32位将丢失,这种情况下应先将数据移入字元件再运算;除法运算中将位元件指定为[D·],则无法得到余数,除数为0时会发生运算错误。(4)积、商和余数的最高位为符号位。知识链接5)加1指令INC和减1指令DECINC、DEC指令的操作数只有1个,且不影响零标志、借位标志和进位标志。当条件满足时,INC和DEC指令分别是将指定元件的内容加1和减1。如图535所示,当X0为ON时,(D10)+1→(D10);当X1为ON时,(D11)-1→(D11)。若指令是连续指令,则每个扫描周期均做一次加1或减1运算。知识链接使用加1和减1指令时应注意以下事项。(1)指令的操作数可为KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。(2)当进行16位操作时为3个程序步,32位操作时为5个程序步。(3)在INC运算时,如数据为16位,则由+32767再加1变为-32768,但标志位不置位;同样,32位运算由+2147483647再加1变为-2147483648时,标志位也不置位。(4)在DEC运算时,16位运算-32768减1变为+32767,且标志位不置位;32位运算由-2147483648减1变为2147483647,标志位也不置位。知识链接2.字逻辑运算指令字逻辑运算指令(FNC26~FNC29)包括WAND(字逻辑与)、WOR(字逻辑或)、WXOR(字逻辑异或)和NEG(求补)指令,如图5-36所示。知识链接使用字逻辑运算指令时应该注意以下事项。(1)WAND、WOR和WXOR指令的[S1·]和[S2·]均可取任何数据类型,而目标操作数可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。(2)NEG指令只有目标操作数,其可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z。(3)WAND、WOR、WXOR指令16位运算占7个程序步,32位为13个程序步,而NEG指令分别占3步和5步。知识链接三、七段译码指令七段译码指令(sevensegmentdecoder,SEGD)的功能号为FNC73,源操作数可选所有的数据类型,目标操作数为KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z,只有16位运算,占5个程序步。[S·]指定的元件的低4位(只用低4位)所确定的十六进制数(0~FH)经译码后驱动七段显示器,译码信号存于[D·]指定的元件中,[D·]的高8位不变。图5-37中七段显示器的B0~B6分别对应[D·]的最低位(第0位)~第6位,某段应亮时[D·]中对应的位为1,反之为0。例如,显示数字“0”时,B0~B5均为1,B6为0,[D·]的值为十六进制数3FH。知识链接通过多媒体动画演示,引导学生对图5-38所示模拟停车场车位管理的PLC控制系统有较全面的认识。任务实施(1)PLC实现模拟停车场车位管理控制系统的控制要求。①在入口和出口处装设检测传感器,用来检测车辆进入和出去的数目。②尚有车位时,入口栏杆才可以将门开启,让车辆进入停放,并有绿灯指示尚有车位。③车位已满时,则红灯点亮,显示车位已满,且入口栏杆不能开启让车辆进入。④用七段数码管显示目前停车场的车辆数。⑤栏杆电动机在栏杆开启和关闭时,先以低速运行5s,再以高速运行,开启到位时有正转停止传感器检测,关闭时有反转停止传感器检测。任务实施(2)绘制I/O分配表。在教师指导下,根据模拟停车场车位管理的PLC控制系统控制要求(最好事先实地观察停车场车位管理系统的工作情况)正确分配PLC的输入输出端口,并填入表5-9中。任务实施(3)绘制接线图,如图5-39所示。任务实施(4)绘制梯形图,如图5-40所示。(5)根据I/O分配表进行PLC外部接线。教师巡回指导学生正确使用GX编程软件上机编程。(6)调试并运行程序。任务实施停车场车位管理系统的PLC控制任务测评标准见表5-10。能力评测利用PLC功能指令设计某停车场车位管理控制系统梯形图。某停车场车位管理的PLC控制要求为:停车场最多可停50辆车,用两位数码管显示停车数量。用出入传感器检测进出车辆数,每进一辆车,停车数量增1,每出一辆车减1。停车场内停车数量小于45时,入口处绿灯亮,允许入场;等于和大于45时,绿灯闪烁,提醒待进车辆注意停车场将满场;等于50时,红灯亮,禁止车辆入场。巩固与练习任务四PARTFOUR电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器综合控制(1)认知三菱FR-700系列变频器并能正确安装、操作变频器。(2)了解三菱FR-700系列变频器的分类、结构及日常维护。(3)熟悉三菱FR-700系列变频器的操作面板和外部端子组合控制的接线。(4)能安全正确地使用变频器,学会变频器三段调速的参数设置。(5)能根据控制要求具备电动机正反转三段调速运行PLC与变频器综合控制的程序编写、录入、调试及监控其运行的能力。(6)通过积极动手—尝试体验—拓展延伸的过程,培养学生协作、沟通、自学、善思的良好工作习惯和品质,增强就业意识。任务目标(1)认知三菱FR-700系列变频器并借助多媒体了解各种型号的变频器。(2)进行变频器安装接线,观察变频器结构,正确操作变频器面板。(3)绘制电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器综合控制接线图,并能正确对PLC和变频器进行硬线连接。(4)独立在GX软件中应用功能指令,设计编写电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器综合控制的梯形图,并录入、调试及监控其运行。经指导教师初检后,通电检验调试运行。任务清单分析变频调速技术是电力拖动控制系统的换代技术,它在提高产品产量和质量、节约电能、实现自动化及改善工作环境等方面可以发挥很大作用。20世纪90年代以来,变频调速器在我国的应用逐渐广泛,不仅在新设备、家电中,对老设备(如风机、水泵、轧钢机、造纸机、化纤机械及机床、电梯、起重机等)的技术改造中也大量使用变频调速器(见图5-41)。任务提出三菱FR-700系列变频器是三菱公司制造的变频器,产品采用以微处理器为核心的数字控制技术,在使用过程中能达到很好的响应能力,具有频率设定检测、负荷选择、电流输入等功能,共计100多个参数可供选择,还能对变频器过载、CPU故障、电机再生电压过大等多种故障进行监控。当设备发生故障时,该变频器可及时停止运行,防止事态恶化,并通过参数单元显示故障代码,提高查找故障的效率。知识链接一、变频器的分类1.按变频器的原理分类按变频器的原理分类如图5-42所示。知识链接1)交-交变频器交交变频器将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源,其主要优点是没有中间环节,变换率高。但其连续可调的频率范围较窄,主要用于容量较大的低速拖动系统中。2)交-直-交变频器交直交变频器先将频率固定的交流电整流后变成直流,再经过逆变电路,把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电较易控制,因此在频率的调节范围上就有明显优势。目前三菱的变频器大都为这个类型。知识链接(1)电压型:整流后靠电容来滤波,现在使用的大都为电压型。(2)电流型:整流后靠电感来滤波。(3)脉幅调制(PAM):输出电压大小通过改变直流电压来实现。(4)脉宽调制(PWM):输出电压大小通过改变输出脉冲的占空比来实现。知识链接2.按变频器的用途分类按变频器的用途分类如图5-43所示。知识链接1)专用变频器专用变频器是针对某一种(类)特定的控制对象而设计的,如风机、水泵用变频器、电梯及起重机械用变频器、中频变频器等。2)通用变频器通用变频器是数量最多、应用最广泛的一种,也是我们讲解的主要品种。大容量变频器主要用于冶金工业的一些低速场合。知识链接(1)节能型变频器。由于节能型变频器的负载主要是风机、泵、二次方率负载,对调速性能的要求不高,因此控制方法比较单一,一般只有V/F控制,但价格相对便宜。(2)通用型变频器。通用型变频器主要用在生产机械的调速上,对调速性能的要求(如调速范围,调速后的动、静态特性等)往往较高,价格也较贵,它的控制方法除了V/F控制,还有矢量控制。此外,高性能的变频器还配备了各种控制功能,如PID调节、PLC控制、PG闭环速度控制等。知识链接二、三菱变频器的型号介绍1.三菱变频器型号命名三菱变频器型号命名如图5-44所示。知识链接1)高性能及先进的功能(1)先进磁通矢量控制功能。(2)低速时的转矩能力(0.3Hz,200%)。(3)扩展能力强,可同时选三个内置选件卡。2)简单的操作及维护(1)柔性PWM,实现更低噪声运行。(2)内置RS-485通信口,可插扩展卡,符合全世界标准。(3)PID等多种功能,适合各种应用场合。知识链接四、变频器的构成与工作原理1.变频器回路的构成通用变频器把工频电流(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电流,以实现电机的变速运行。图5-48所示变频器由主回路和控制回路构成。主回路包括整流电路(工频电源的交流电变换成直流电且对直流电进行平滑滤波处理)和逆变电路(直流电变换成各种频率的交流电)两部分。控制回路完成对主电路的控制。知识链接2.变频器的工作原理以交-直-交变频器为例介绍变频器的工作原理,如图5-49所示。知识链接(1)用可控整流器调压,逆变器变频。(2)用直流斩波器调压,逆变器变频。(3)用不可控整流器整流,PWM变压变频。PWM即脉冲宽度调制,在同一逆变器中既调压又变频,电路结构简单,可靠性高,调节速度快,输出电压电流波形较好,并且对电网功率因数较高,因而在实际工程中使用较多。总之,变频器是一种利用电力半导体器件通断作用,将工频交流电变换成频率、电压连续可调的交流电的电能控制装置。知识链接五、变频器的安装与接线1.变频器的安装(1)在两台或两台以上变频器及通风扇安装在一个控制柜内时,变频器要并排放,通风扇上下放。(2)变频器要用螺钉垂直且牢固地安装在安装板上。(3)变频器安装时为了使热量易于散发,应在其周围留有足够的空间,左右与其他物体相隔10mm以上,上下100mm以上。知识链接2.变频器的接线变频器接线图如图5-50所示。知识链接3.接线端子说明1)主回路端子说明(1)L1、L2、L3:电源输入。(2)U、V、W:变频器输出。(3)PR:连接制动电阻器。(4)+、—:连接制动单元。(5)P1:连接改善功率因数DC电抗器。知识链接2)控制回路端子说明(1)变频器控制回路输入端子说明见表5-11。知识链接注意:根据输入端子功能选择(Pr.180~Pr.183)来安排AU信号的端子;表中“*”表示通过漏型和源型的切换变为接点输入信号的公共端子。(2)变频器控制回路输出端子说明见表5-12。知识链接*1:低电平表示集电极开路输出用的晶体管处于ON(导通状态),高电平为OFF(不导通状态)。*2:变频器复位中不被输出。4.变频器安装与接线的注意事项(1)电源及电机接线的接线端子应使用带有绝缘管的端子。(2)电源一定不能接到变频器输出端上(U、V、W),否则将损坏变频器。(3)接线后,零碎线头必须清理干净,否则可能造成异常、失灵或故障。必须始终保持变频器的清洁,控制台上打孔时注意不要使碎片粉末等进入变频器。(4)在端子+、PR间不要连接除建议的制动电阻器选件以外的任何东西,且绝对不要短接。(5)运行后,改变接线的操作,必须在电源切断10min以上,用万用表检查电压后进行断电后一段时间内,因为电容上仍然有危险的高压电。(6)由于在变频器内有漏电流,为了防止触电,变频器和电机必须接地。变频器接地用专用接地端子,不要用外壳、底盘等上面的螺钉代替。知识链接六、变频器的操作流程1.变频器操作前的准备及基本操作如图5-51所示,使用变频调速器之前,首先要熟悉它的面板显示和操作并按照使用现场的要求合理设置参数。知识链接变频器可采用外部操作模式、PU操作模式、外部/PU组合操作模式和通信操作模式。(1)外部操作模式(出厂设定)。连接到端子板的外部操作信号(频率设定电位器、起动开关等)控制变频器的运行。接通电源,STF/STR置ON,则开始运行。(2)PU操作模式。通过操作面板按键操作,不需要外接信号。(3)外部/PU组合操作模式。Pr.79运行模式选择需设定。(4)通信操作模式。通过RS485通信电缆将PC连接PU接口进行通信操作。知识链接2.变频器面板的操作流程1)MODE键操作流程按MODE键,可以改变监视显示的模式,分别按图5-52所示顺序(监视模式—频率设定模式—参数设定模式—运行模式—帮助模式)依次循环显示。知识链接2)参数设定模式按图5-53所示进行参数设定,参数设定时要在PU操作模式下,Pr.79设置为0或4。知识链接3)操作模式切换在图5-54所示的操作流程中的“操作模式”状态下,可以通过上下键在外部操作、PU操作、PU点动操作之间直接切换,更改模式。除此之外,还可以通过Pr.79的设定更改,在操作模式下按PU/EXT键,可选择“外部操作”(利用外部信号控制变频器的运转,此时EXT灯亮)、“PU操作”(利用变频器操作单元的键盘直接控制变频器的运转,此时PU灯亮)或“JOG”(PU点动操作)等各种操作模式。在监视模式下按SET键,可以选择显示电机的频率(Hz灯亮)、电压(V灯亮)或电流(A灯亮)等各种信息。在频率设定模式下可改变频率。知识链接3.外部操作模式外部操作模式如图5-56所示。知识链接4.PU操作模式PU操作模式如图5-57所示。知识链接(1)上电,确认操作模式中显示“PU”。(2)在操作流程中的“频率设定模式”下设定运行频率。(3)按操作面板上的FWD或REV键,给定起动信号。(4)电机起动,操作面板上自动变为监视模式,显示输出频率。(5)按STOP/RESET键,停止。知识链接七、变频器的参数设置FR-700系列变频器常用参数设置详见表5-13。知识链接(1)变频器参数设置时的注意事项。设置参数前先将变频器参数复位为初始值;设定P0003=2允许访问扩展参数;设定电机参数时先设定P0010=1(快速调试),电机参数设置完成设定P0010=0(准备)。(2)参数清除如图5-58所示。设定参数Pr.CL=“1”时会将参数清除,参数将恢复到初始值。但如果写入参数选择Pr.77=“1”时无法清除参数,需先将其设置为0。知识链接(3)Pr.1参数变更实例如图5-59所示。知识链接八、变频器运行1.变频器的PU运行变频器的PU运行即利用变频器面板操作单元直接控制变频器的运转。1)PU点动运行正式投入运行前应试运行。试运行可采用点动方式,此时电动机应旋转平稳,无不正常的振动和噪声。例如,要求频率为20Hz,其操作步骤如下。(1)按PU/EXT键至“PU运行模式”,确认PU灯亮。(2)点动频率出厂值设为5Hz,现改为20Hz(Pr.15)。(3)按PU/EXT键至显示窗口出现“JOG”(点动模式)。(4)按住FWD或REV键电机旋转,松开则电机停转。知识链接2)PU连续运行例如,要求将频率更改为45Hz连续运行,操作步骤如下。(1)按PU/EXT键至“PU运行模式”,确认PU灯亮。(2)设定当前运行频率为45Hz,方法是在频率监视器模式下旋转M旋钮至45Hz,当显示器闪烁时按下SET键即可。(3)按FWD或REV键电机正转或反转起动,显示器上相应指示灯亮。加速时间结束后,显示器显示运行频率应为45Hz。知识链接2.变频器的外部运行变频器的外部运行是利用外部的开关、电位器等元器件将外部操作信号输入变频器,控制变频器的运转。若用复位的按钮开关,可按图5-60所示接线连续运行,这里的STOP起自保持作用,因为是外部运行,如果要停止,不能按面板上按钮,只能断开SD。知识链接3.变频器的组合运行变频器的组合运行即面板PU操作和外部操作两种方式并用。1)Pr.79=3组合运行方式一用外部接线控制电动机的起动停止,而由PU调节频率。2)Pr.79=4组合运行方式二起动用PU控制,频率用电位器或其他外部信号调节。知识链接九、变频器日常维护1.维护和检查时的注意事项(1)变频器断开电源后不久,储能电容上仍然剩余有高压电。进行检查前,先断开电源,过10min后用万用表测量,确认变频器主回路正负端子两端电压在直流几伏以下后再进行检查。(2)用兆欧表测量变频器外部电路的绝缘电阻前,要拆下变频器所有端子上的电线,以防止测量高电压加到变频器上。控制回路的通断测试应使用万用表(高阻挡),不要使用兆欧表。(3)不要对变频器进行耐压测试,如果测试不当,可能会使电子元器件损坏。知识链接2.日常检查项目(1)变频器是否按设定参数运行,面板显示是否正常。(2)安装场所的环境、温度、湿度是否符合要求。(3)变频器的进风口和出风口有无积尘和堵塞。(4)变频器是否有异常振动、噪声和气味。(5)是否出现过热和变色。知识链接3.定期检查项目(1)定期检查除尘。除尘前先切断电源,待变频器充分放电后打开机盖,用压缩空气或软毛刷对积尘进行清理。除尘时要格外小心,不要触及元器件和微动开关。(2)定期检查变频器的主要运行参数是否在规定的范围。(3)定期检查固定变频器的螺钉和螺栓是否由于振动、温度变化等原因松动,导线是否连接可靠,绝缘物质是否被腐蚀或破损。(4)定期检查变频器的冷却风扇、滤波电容,当达到使用期限后应及时进行更换。知识链接通过PLC、变频器综合实训装置的实操演示,引导学生对电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器综合控制有较全面的认识。一、三相异步电动机正反转三段调速运行的变频器控制控制要求:电动机分别在15Hz、30Hz、45Hz的频率下运行。(1)根据图5-61接线。任务实施(2)通电前检查。(3)通电。(4)根据任务要求进行参数设置。(5)运行观察。(6)巡回指导。①根据任务要求安装接线。②查阅表5-13进行参数设置。③试车。④学生实习操作,教师巡回指导。⑤评分检测任务实施电动机正反转三段调速运行的PLC和变频器组合控制任务测评标准见表5-14。能力测评设计一个搅拌机的PLC、变频器综合控制系统程序。某搅拌机需要按照不同的搅拌速度进行搅拌作业,现要求利用PLC和变频器对该搅拌机进行控制。1.控制要求(1)按下起动按钮,搅拌机电机以f=30Hz的频率起动搅拌。(2)搅拌5s后,自动转换为f=60Hz的频率搅拌。(3)快速搅拌8s后又自动切换为f=20Hz的频率搅拌。(4)5s后反转以f=30Hz的频率搅拌。(5)5s后自动停止。(6)当再次按下起动按钮时,重复上述动作。巩固与练习2.具体操作要求(1)画出PLC、变频器控制搅拌机的I/O接线图。(2)写出变频器需要设置的参数及其功能。(3)按照设计的接线图接线,编程并对程序调试运行,实现设计功能。巩固与练习1.FX系列PLC功能指令的通用格式和具体说明是什么?2.PLC软元件中,什么是位元件、字元件?什么是组合位元件?3.K1Y0、K2X0、K4M0各表示什么含义?4.功能指令符后面加P,其作用是什么?(如MOVPK10D20)5.功能指令符前面加D,其作用是什么?(如DMOVD15D10)6.FX2N的数据寄存器D的主要作用是什么?单个数据寄存器能存储几位二进制数据?7.PLC编程中,K23代表什么数?H2代表什么数?8.试设计以下程序:按下起动按钮,电动机2先起动,经过1.5s后电动机1起动。按下停止按钮,电动机2先停止,1.5s后电动机1停止。编写其梯形图和指令。思考与习题9.运用PLC的比较指令设计一密码锁控制程序。密码锁为8个按钮,若按H65(即01100101B),正确后经过2s开启照明(Y1);按H87(即10000111B),正确后经过3s开启空调(Y2);如果错误,则启动报警器(Y3),按下复位按钮X17,可以对报警器进行复位。试编写其梯形图和指令。10.某广告牌共22盏灯,按下起动按钮X0,灯以正序、反序每0.1s间隔轮流点亮;按下停止按钮X1则停止。请按以上控制要求绘制I/O功能表并设计其梯形图。11.用PLC对自动售货机进行控制,根据如下工作要求设计梯形图。(1)此售货机可投入1元、5元或10元纸币。

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