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1、第一章 可编程控制器综述西安职业技术学院机电工程系可编程控制器应用技术（三菱）本章主要内容本章主要内容可编程控制器的产生与开展可编程控制器的产生与开展1可编程控制器的特点可编程控制器的特点2 可编程控制器的分类可编程控制器的分类3可编程控制器的运用和开展趋势可编程控制器的运用和开展趋势4可编程控制器的性能目的可编程控制器的性能目的5可编程控制器应用技术（三菱） 1969年年时被称被称为可可编程程逻辑控制器，控制器，简称称PLC (Programmable Logic Controller)。 70年代后期，随着微年代后期，随着微电子技子技术和和计算机技算机技术的迅猛的迅猛开展，称其开展，称其为
2、可可编程控制器，程控制器，简称称PC (Programmable Controller)。但由于。但由于PC容易和容易和个人个人计算机算机 (Personal Computer)相混淆，故人相混淆，故人们仍仍习惯地用地用PLC作作为可可编程控制器的程控制器的缩写。写。 1.1.1 1.1.1 可编程控制器称号的演化及定义可编程控制器称号的演化及定义可编程控制器应用技术（三菱） 1987年 国际电工委员会 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下运用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并经过数字的、模拟
3、的输入和输出，控制各种类型的机械或消费过程。1.1.1 1.1.1 可编程控制器称号的演化及定义可编程控制器称号的演化及定义可编程控制器应用技术（三菱）1.1.1 1.1.1 可编程控制器称号的演化及定义可编程控制器称号的演化及定义数字运算操作的数字运算操作的电子系子系统也是一种也是一种计算机算机定定定定义义中中中中强强调调了了了了PLCPLC是是是是: : 面向用面向用户指令指令编程方便程方便 逻辑运算、运算、顺序控制、定序控制、定时计算和算算和算术操作操作 专为在工在工业环境下运用而境下运用而设计 数字量或模数字量或模拟量量输入入输出控制出控制 易与控制系易与控制系统联成一体成一体 易于易
4、于扩展展可编程控制器应用技术（三菱）1.1.2 1.1.2 可编程控制器的产生可编程控制器的产生 20 20世世纪2020年代起，人年代起，人们把各种把各种继电器、定器、定时器、器、 接触器及其触点按一定的接触器及其触点按一定的逻辑关系关系衔接起来接起来组成控制成控制 系系统，控制各种机械，控制各种机械设备，这是是传统的的继电器控制系器控制系 统。 它能完成它能完成逻辑“与、与、“或、或、“非等运算功能，非等运算功能，实现弱弱电对强电的控制，且由于它构造的控制，且由于它构造简单、容易掌握，在、容易掌握，在一定范一定范围内能内能满足控制要求，因此运用面很广，在工足控制要求，因此运用面很广，在工业
5、控控制制领域中不断占有主域中不断占有主导位置。位置。可编程控制器应用技术（三菱）1.1.2 1.1.2 可编程控制器的产生可编程控制器的产生 随着工业的开展，设备和随着工业的开展，设备和消费过程越来越复杂。复杂的消费过程越来越复杂。复杂的系统能够运用成百上千个各式系统能够运用成百上千个各式各样的继电器，并用成千上万各样的继电器，并用成千上万根导线以复杂的方式衔接起来，根导线以复杂的方式衔接起来，执行相应的复杂的控制义务。执行相应的复杂的控制义务。 作为单台安装，继电器本作为单台安装，继电器本身是比较可靠的。但是，对于身是比较可靠的。但是，对于复杂的控制系统，继电器控制复杂的控制系统，继电器控制
6、系统存在几个明显的缺陷系统存在几个明显的缺陷: : 可靠性差，排除缺点困难可靠性差，排除缺点困难 灵敏性差，灵敏性差，总本本钱较高高 顺应性差，接性差，接线复复杂 体体积大，不易大，不易维修修可编程控制器应用技术（三菱）1.19681.1968年年，美美国国最最大大的的汽汽车制制造造厂厂家家通通用用汽汽车公公司司(GM)(GM)提出了研制可提出了研制可编程序控制器的根本想象，即程序控制器的根本想象，即 编程程简单，可在，可在现场修正程序修正程序 维护方便，最好是插件式方便，最好是插件式 可靠性高于可靠性高于继电器控制柜器控制柜 体体积小于小于继电器控制柜器控制柜 可将数据直接送入管理可将数据直
7、接送入管理计算机算机 在本在本钱上可与上可与继电器控制柜器控制柜竞争争 输入可以是交流入可以是交流115V115V 输出是交流出是交流115V115V，2A2A以上，可直接以上，可直接驱动电磁磁阀 在在扩展展时，原有系，原有系统只需很小只需很小变卦卦 用用户程序存程序存储器容量至少能器容量至少能扩展到展到4K4K字字节1.1.2 1.1.2 可编程控制器的产生可编程控制器的产生可编程控制器应用技术（三菱）2. 1969年，美国数字年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台公司研制出了世界上第一台 PLC ，型号，型号为PDP-14。3. 1969年，美国哥德公司年，美国哥德公司GOULD把把PL
8、C商品化，商品化，型号型号为084。4. 1971年，日本研制出第一台年，日本研制出第一台PLC，型号，型号为DSC-8。5. 1973年，德国西年，德国西门子公司子公司SIEMENS研制出第一研制出第一台台PLC，型号，型号为SIMATIC S4。6. 我国从我国从1974年开年开场研制，研制，1977年开年开场工工业运用。运用。1.1.2 1.1.2 可编程控制器的产生可编程控制器的产生可编程控制器应用技术（三菱）1.1.早期的早期的PLC (20PLC (20世世纪6060年代末至年代末至7070年代中期年代中期 早期的早期的PLCPLC普通称普通称为可可编程程逻辑控制器。控制器。这时的
9、的PLCPLC主要是作主要是作为继电器控制安装的替代物而出器控制安装的替代物而出现的，其主要的，其主要功能是功能是执行原先由行原先由继电器完成的器完成的顺序控制、定序控制、定时等功能，等功能，将将继电器的器的“硬接硬接线控制方式控制方式变为“软接接线方式。方式。 早期的早期的PLCPLC在硬件上以准在硬件上以准计算机的方式出算机的方式出现，在，在I/OI/O接口接口电路上作了改良以路上作了改良以顺应工工业控制控制现场的要求。安装的要求。安装中的器件主要采用分立元件和中小中的器件主要采用分立元件和中小规模集成模集成电路，存路，存储器采用磁芯存器采用磁芯存储器。另外器。另外还采取了一些措施，以提高
10、其采取了一些措施，以提高其抗干抗干扰的才干。的才干。 在在软件件编程方面，采用了程方面，采用了宽广广电气工程技气工程技术人人员所所熟熟习的的继电器控制器控制线路的方式，即梯形路的方式，即梯形图。因此，早期。因此，早期的的PLCPLC的性能要的性能要优于于继电器控制安装，其器控制安装，其优点包括点包括简单易易懂、便于安装、体懂、便于安装、体积小、能耗低、有缺点指示、能反复小、能耗低、有缺点指示、能反复运用等。梯形运用等。梯形图作作为PLCPLC特有的特有的编程言程言语不断沿用至今。不断沿用至今。1.1.3 1.1.3 可编程控制器的开展可编程控制器的开展可编程控制器应用技术（三菱）2.2.中期的
11、中期的PLCPLC2020世纪世纪7070年代中期至年代中期至8080年代中、后期年代中、后期 20 20世纪世纪7070年代初期，出现了微处置器，由于其体积年代初期，出现了微处置器，由于其体积小、功能强、价钱廉价，很快被用于小、功能强、价钱廉价，很快被用于PLC.PLC.美国、日本、美国、日本、德国等一些厂家先后开场采用微处置器作为德国等一些厂家先后开场采用微处置器作为PLCPLC的中央处的中央处置单元置单元(CPU(CPU， 使使PLCPLC的功能加强、任务速度加快、体的功能加强、任务速度加快、体积减小、可靠性提高、本钱下降。积减小、可靠性提高、本钱下降。 在硬件方面，除了坚持其原有的开关
12、模块以外，中在硬件方面，除了坚持其原有的开关模块以外，中期的期的PLCPLC添加了模拟量模块、远程添加了模拟量模块、远程I/OI/O模块、各种特殊功模块、各种特殊功能模块；扩展了存储器的容量，添加了各种逻辑线圈的能模块；扩展了存储器的容量，添加了各种逻辑线圈的数量；还提供了一定数量的数据存放器，使数量；还提供了一定数量的数据存放器，使PLCPLC运用范围运用范围得以扩展。得以扩展。 在软件方面，除了坚持其原有的逻辑运算、计时、在软件方面，除了坚持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，中期的计数等功能以外，中期的PLCPLC还添加了算术运算、数据处还添加了算术运算、数据处置和传送、通讯、自诊断
13、等功能，指令系统大为丰富，置和传送、通讯、自诊断等功能，指令系统大为丰富，系统可靠性也得到了提高。系统可靠性也得到了提高。1.1.3 1.1.3 可编程控制器的开展可编程控制器的开展可编程控制器应用技术（三菱）3.3.近期的近期的PLCPLC2020世纪世纪8080年代中、后期至今年代中、后期至今 进入进入2020世纪世纪8080年代中、后期，由于超大规模集成年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速开展，微处置器的市场价钱大幅度下跌，电路技术的迅速开展，微处置器的市场价钱大幅度下跌，使得各种类型的使得各种类型的PLCPLC所采用的微处置器的档次普遍提高。所采用的微处置器的档次普遍提高。而且
14、，为了进一步提高而且，为了进一步提高PLCPLC的处置速度，各制造厂商还的处置速度，各制造厂商还纷纷研制开发了公用逻辑处置芯片。这样使得纷纷研制开发了公用逻辑处置芯片。这样使得PLCPLC在软、在软、硬件功能上都发生了宏大变化。硬件功能上都发生了宏大变化。 现代现代PLCPLC不仅可以完全胜任对大量开关量信号的逻不仅可以完全胜任对大量开关量信号的逻辑控制功能，还具有了很强的数学运算、数据处置、运辑控制功能，还具有了很强的数学运算、数据处置、运动控制、动控制、PIDPID控制等模拟量信号处置才干。同时控制等模拟量信号处置才干。同时PLCPLC的联的联网通讯才干大大加强，可以构胜利能完善的分布式控
15、制网通讯才干大大加强，可以构胜利能完善的分布式控制系统，实现工厂自动化管理。在兴隆的工业化国家，现系统，实现工厂自动化管理。在兴隆的工业化国家，现代代PLCPLC广泛运用在一切的工业部门。广泛运用在一切的工业部门。1.1.3 1.1.3 可编程控制器的开展可编程控制器的开展可编程控制器应用技术（三菱） 三菱三菱电机公司：机公司：F，FX，A，K等系列。等系列。 立石公司：立石公司： D、E等系列。等系列。东芝公司：芝公司：EX等系列等系列 富士富士电机公司：机公司： HDC和和MICREX-F50等系列。等系列。 通用通用电气公司气公司 GE：SERIES，GE等系等系列。列。 德州德州仪器公
16、司：器公司： TI和和PM等系列。等系列。 哥德公司：哥德公司： MICRD等系列。等系列。 西西门子公司子公司 SIMENS： SIMATIC S5、S7等系列。等系列。 AEG公司：公司： A系列等系列等美美 国国 日日 本本 德德 国国 1.1.4 1.1.4 常见的可编程控制器常见的可编程控制器可编程控制器应用技术（三菱）三菱三菱PLCPLC外形图外形图Q系列系列PLCFX2N系列系列PLCFX1N系列系列PLCFX1S系列系列PLC可编程控制器应用技术（三菱）西门子西门子PLCPLC外形图外形图S7-200系列系列PLCS7-300系列系列PLCS7-400系列系列PLC可编程控制器
17、应用技术（三菱）欧姆龙欧姆龙PLCPLC外形图外形图C200H系列系列PLCCPM1A、CPM2A系列系列PLC可编程控制器应用技术（三菱）1.2.11.2.1可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器与继电器的联络与区别 下面以一个启、保、停电路为例引见可编下面以一个启、保、停电路为例引见可编程控制器的特点。程控制器的特点。可编程控制器应用技术（三菱）1.2.1 1.2.1 可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器与继电器的联络与区别 下面以一个启、保、停电路为例引见可编下面以一个启、保、停电路为例引见可编程控制器的特点。程控制器的特点。可编程控制器应用技术（三菱） 外接线改动了。梯形
18、图也发生了变化。外接线改动了。梯形图也发生了变化。1.2.1 1.2.1 可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器应用技术（三菱） 假设输入信号只能由常开触点提供，梯形图中的触点类型与假设输入信号只能由常开触点提供，梯形图中的触点类型与继电器电路的触点类型完全一致。继电器电路的触点类型完全一致。 假设接入假设接入PLCPLC的是输入信号的常闭触点，这时在梯形图中所用的是输入信号的常闭触点，这时在梯形图中所用的的X1X1的触点的类型与的触点的类型与PLCPLC外接外接SB2SB2的常开触点时刚好相反，与继电的常开触点时刚好相反，与继电器电路图中的习惯也是相反的
19、。建议尽能够采用常开触点作为器电路图中的习惯也是相反的。建议尽能够采用常开触点作为PLCPLC的输入信号。的输入信号。 1.2.1 1.2.1 可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器与继电器的联络与区别r 常闭触点输入信号的处置常闭触点输入信号的处置:可编程控制器应用技术（三菱）r从控制系统上比较从控制系统上比较1.2.1 1.2.1 可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器应用技术（三菱）r从从编程言程言语上比上比较r继电器控制器控制线路路图中的中的继电器都是器都是实践存在的物理践存在的物理继电器，器，PLC梯形梯形图中的中的继电器是器是“软继电器。
20、器。r继电器控制器控制线路分析路分析时用到用到动合合动断的概念，断的概念，PLC梯形梯形图中依然保管了中依然保管了这些概念。些概念。r继电器的触点个数是有限的，而器的触点个数是有限的，而PLC的触点可以无限次的触点可以无限次地运用。地运用。r继电器器线路中的母路中的母线要接要接电源，而源，而PLC的母的母线并不接并不接电源。源。r继电器接触器控制器接触器控制线路的触点形状取决于其路的触点形状取决于其线圈中有无圈中有无电流流流流过，在，在继电器控制器控制电路中，假路中，假设不接接触器不接接触器线圈，圈，只接其触点，那么触点永只接其触点，那么触点永远不会不会动作。作。PLC中中输入入继电器由外部信
21、号器由外部信号驱动，梯形，梯形图中只是用中只是用输入入继电器的触点，器的触点，而不出而不出现它的它的线圈。圈。1.2.1 1.2.1 可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器与继电器的联络与区别可编程控制器应用技术（三菱）1.2.2 PLC1.2.2 PLC的特点的特点r抗干抗干扰才干才干强，可靠性高，可靠性高r灵敏性和通用性灵敏性和通用性强r编程言程言语简单易学，易学，编程方法程方法简单rPLCPLC与外部与外部设备的的衔接接简单、运用方便、运用方便r体体积小、构造小、构造紧凑，易于凑，易于实现机机电一体化，安装、一体化，安装、维护方便方便r设计、施工、施工、调试周期短周期短可编程控制器
22、应用技术（三菱）1.3.1 1.3.1 根据根据I/OI/O点数分类点数分类 I/O点数 2048 2048点；多点；多CPUCPU，1616位、位、3232位位处置器，用置器，用户存存储器容量器容量8 816K16K。如：。如： S7-400 S7-400 德国西德国西门子公司子公司 GE- GE GE- GE公司公司 C-2000 C-2000 立石公司立石公司 K3 K3 三菱公司三菱公司大型机小型机 I/O I/O点数点数25625620482048点；双点；双CPUCPU，用，用户存存储器容量器容量2 28K8K。 如：如： S7-300 S7-300 德国西德国西门子公司子公司 S
23、R-400 SR-400 中外合中外合资无无锡华 光光电子工子工业有限有限 公司公司SU-5SU-5、SU-6 SU-6 德国西德国西门子公司子公司 C-500 C-500 日本立石公司日本立石公司 GE- GE GE- GE公司公司中型机可编程控制器应用技术（三菱）1.3.2 1.3.2 根据构造方式分类根据构造方式分类 整体式整体式 模模块式式 叠装式叠装式可编程控制器应用技术（三菱）r 整体式：整体式： r 特点：整体式特点：整体式PLCPLC构造紧凑，体积小，构造紧凑，体积小，分量轻，价分量轻，价r 格低，容易装配在工业控制设格低，容易装配在工业控制设备的内部，备的内部，r 比较适宜于
24、消费机械的单机控比较适宜于消费机械的单机控制。整体式制。整体式r PLC PLC的缺陷是主机的的缺陷是主机的I/OI/O点数固点数固定，运用不定，运用不r 够灵敏，维修也较费事。如够灵敏，维修也较费事。如:C20P:C20P、C40PC40P、r C60P C60P和三菱公司的和三菱公司的F1F1系列等。系列等。r 例如图片例如图片1.3.2 1.3.2 根据构造方式分类根据构造方式分类可编程控制器应用技术（三菱）电源输入端子电源输入端子L L、N N接地接地输入端子输入端子X0X0X7X7、 X10 X10 X17 X17、X20 X20 X27 X27、X30 X30 X37 X37、CO
25、MCOM输入输入LEDLED指示灯指示灯PLCPLC形状指形状指示灯示灯输出输出LEDLED指示灯指示灯输出端子输出端子 Y0 Y0Y7Y7、 Y10 Y10 Y17 Y17、Y20 Y20 Y27 Y27、Y30 Y30 Y37 Y37、COM COM 存储器存储器串行通讯口串行通讯口1.3.2 1.3.2 根据构造方式分类根据构造方式分类r 整整体体式式：可编程控制器应用技术（三菱）1.3.2 1.3.2 根据构造方式分类根据构造方式分类r 模块式：模块式： r 特点：这种方式的特点：这种方式的PLCPLC各部分以单独的各部分以单独的模板分开设模板分开设 r 置，如电源模板、置，如电源模板
26、、CPUCPU模板、模板、输入模板、输输入模板、输r 出模板及其它职能模板等。这出模板及其它职能模板等。这种构造的种构造的PLCPLCr 配置灵敏，配备方便，维修简配置灵敏，配备方便，维修简单，易于扩单，易于扩r 展，可根据控制要求灵敏配置展，可根据控制要求灵敏配置所需模板，所需模板，r 构胜利能不同的各种控制系统。构胜利能不同的各种控制系统。缺陷是结缺陷是结r 构复杂，各种插件多，因此添构复杂，各种插件多，因此添加了造价。加了造价。r 如：如：S7-300 S7-400S7-300 S7-400。 r 例如图片例如图片可编程控制器应用技术（三菱）1.3.2 1.3.2 根据构造方式分类根据构
27、造方式分类r 模块式：可编程控制器应用技术（三菱）1.3.2 1.3.2 根据构造方式分类根据构造方式分类r 叠装式：叠装式： r 特点：叠装式构造是整体式和模块式相特点：叠装式构造是整体式和模块式相结合的产物。结合的产物。r 把某一系列可编程控制器任务把某一系列可编程控制器任务单元的外形都做单元的外形都做 r 成尺寸一致的，成尺寸一致的，CPUCPU、I/OI/O及电及电源也可做成独立源也可做成独立r 的，不运用模块式可编程控制的，不运用模块式可编程控制器中的母板，采器中的母板，采r 用电缆联接各个单元，在控制用电缆联接各个单元，在控制设备中安装时可设备中安装时可r 以一层层地叠装，这就是叠
28、装以一层层地叠装，这就是叠装式可编程控制器。式可编程控制器。r 如三菱公司的如三菱公司的FXFX系列、西门子系列、西门子公司的公司的S7-200S7-200型型r 等，均是叠装式都属于整体式等，均是叠装式都属于整体式可编程控制器。可编程控制器。r 例如图片例如图片可编程控制器应用技术（三菱） 1.3.2 1.3.2 根据构造方式分类根据构造方式分类r 叠装式：可编程控制器应用技术（三菱）1.3.3 1.3.3 根据用途分类根据用途分类r 用于用于顺序序逻辑控制控制r 用于用于闭环过程控制程控制r 用于多用于多级分布式和集散控制系分布式和集散控制系统r 用于机械加工的数字控制和机器人控制用于机械
29、加工的数字控制和机器人控制可编程控制器应用技术（三菱）1.3.4 1.3.4 根据功能分类根据功能分类可编程控制器应用技术（三菱）1.4 1.4 可编程控制器的运用和开展趋势可编程控制器的运用和开展趋势r 可编程控制器的运用r电力工业：输煤系统控制，锅炉熄灭管理，灰渣和飞灰处置系统，汽轮机和锅炉的启停程序控制，化学补给水、冷凝水和废水的程序控制，锅炉缺水报警控制，水塔水位远程控制等。r机械工业：数控机床，自动装卸机，移送机械，工业用机器人控制，自动仓库控制，铸造控制，热处置，保送带控制，自动电镀消费线程序控制等。r汽车工业：移送机械控制，自动焊接控制，装配消费线控制，铸造控制，喷漆流水线控制等
30、。r钢铁工业：加热炉控制，高炉上料、配料控制，钢板卷取控制，飞剪控制，料场进料、出料自动分配控制，包装和搬运控制，翻砂外型控制等。可编程控制器应用技术（三菱）r 可编程控制器的运用r化学工业：化学反响槽批量控制，化学水净化处置，自动配料，化工流程控制，汽囊硫化机控制，煤气熄灭控制，V带单鼓成型机控制等。r食品工业：发酵罐过程控制，配比控制，净洗控制，包装机控制，搅拌控制等。r造纸工业：纸浆搅拌控制，抄纸机控制，卷取机控制等。r轻工业：玻璃瓶厂炉子配料及自动制瓶控制，注塑机程序控制，搪瓷喷花控制，制鞋消费线控制，啤酒瓶贴标机控制等。r纺织工业：手套机程序控制，落纱机控制，高温高压染缸群控，羊毛衫
31、针织横机程控等。 1.4 1.4 可编程控制器的运用和开展趋势可编程控制器的运用和开展趋势可编程控制器应用技术（三菱）r 可可编程控制器的运用程控制器的运用r建材工建材工业：水泥消：水泥消费工工艺控制，水泥配料及水控制，水泥配料及水泥包装等。泥包装等。r公用事公用事业：大楼：大楼电梯控制，大楼防灾机械控制，梯控制，大楼防灾机械控制，剧场、舞台灯光控制，隧道排气控制，新、舞台灯光控制，隧道排气控制，新闻转播控制等。播控制等。r交通运交通运输业：电动轮胎起重机控制，交通灯控胎起重机控制，交通灯控制，汽制，汽车发电机力矩和机力矩和转速校速校验，电梯控制等。梯控制等。r木材加工：木材加工：单板枯燥机控
32、制，人造板消板枯燥机控制，人造板消费线控控制，胶板制，胶板热压机控制等。机控制等。1.4 1.4 可编程控制器的运用和开展趋势可编程控制器的运用和开展趋势可编程控制器应用技术（三菱）r 可可编程控制器的开展程控制器的开展趋势r向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向开展开展r过程控制功能不断加程控制功能不断加强r大力开大力开发智能型智能型I/OI/O模模块r与个人与个人计算机日益算机日益严密密结合合r编程言程言语趋向向规范化范化r通通讯与与联网才干不断加网才干不断加强1.4 1.4 可编程控制器的运用和开展趋势可编程控制器的运用和开展趋势可编程控制器应用技术（三菱）1.5 1.5 可编程控制器的性能目的可编程控制器的性能目的r 输入入/ /输出点数出点数I/OI/O点数。点数。r 扫描速度。描速度。r 内存容量。内存容量。r 指令指令执行行时间。r 指令系指令系统。r 内部存放器。内部存放器。r 其他其他( (输入入/ /输出方式、出方式、软件支持、高功能模件支持、高功能模块、网、网络功能、通功能、通讯功能、功能、远程程I/OI/O、任、任务环境和境和电源等源等级等等 ) )。
