电力系统自动化综合实训课程设计报告.docx

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电力系统自动化综合实训课程设计报告

电力系统自动化综合实训课程设计说明书

专业:

电气工程及其自动化

班级:

姓名:

学号:

20

指导教师:

张立明蒲翠萍黄钺

 

自动控制与机械工程学院

2013年1月

 

第一部分电气线路安装调试技能训练

技能训练题目一:

三相异步电机可逆双重联锁控制

一.课题分析

反转电路只需要将电动机三相当中的任意两相接线方法对调,其他保持不变,就可实现电动机的反转。

为了避免正反向同时工作引起电源相间短路,必须在这两个运行电路中加设互锁装置,保证同时只能有一个电路工作。

按照电动机正反转操作顺序的不同,分“正—停——反”和“正—反—停”两种控制电路。

在实际应用中,为了提高工作效率,减少辅助工作时间,要求直接实现从正转到反转转换的控制,此控制方法电路简单,易于实现。

使用此种控制方式要求电机功率相对比较小,且负荷较低,能迅速实现电动机的反转,否则电动机可能会因为过热而损坏。

星三角启动就是对电机的三相绕组在启动时和正常运转时施加的不同的电压,来降低电机启动时的冲击电流。

在启动时对电机绕组施加的是星形接法的电源,就是将电源的三条火线分别与电机三个绕组的一个端点相连,将电机三个绕组的另一个端点同时与电源的零线相连,在这种接法下,电机每个绕组所承接的电压就是220V。

由于施加的电压较低,所以启动时的电流会比较小点,减少了对电网的冲击,电机也比较容易启动。

当电机启动基本正常后,它的工作电流与启动时相比会大幅减少,这时由控制电路通过时间继电器和接触器的转换,将电机三个绕组改成首尾相连,形成所谓三角形连接,并将三角形的每个“角”与电源的三条火线相连,这时电机绕组中所受到的电压变成了380V,电机就能满负荷工作

二.设计电气原理图

如图1-1所示,为三相异步电动机“正—反—停”控制电路电气原理图。

工作原理如下:

当QF闭合,主电路及控制电路接通。

电动机正转时,SB1闭合,电流从FU4进入,顺序通过FR、SB3、SB1、KM1线圈和FU5。

KM1线圈得电,其触电闭合并且自保持,此时,电流由FU4进入,经FR、SB3、KM1、SB2、KM1线圈和FU5流出。

主电路接通,电动机开始正转运行。

当需要切换为反转运行时,按下SB2,由于正转支路串入了SB2的常闭触电,接通后SB2自动断开,使得支路1断开,KM1断开。

电流经FU4、FR、SB3、SB2、SB1、KM2线圈和FU5。

KM2线圈得电触点闭合并自保持,此时,电流由FU4进入,经FR、SB3、KM2、SB1、KM2线圈,从FU5流出。

主电路再一次接通,电动机反转运行。

为了保护电动机及其附属原件,在主电路及控制电路都设有保护元件。

熔断器:

当电路正常工作时,流过熔断器的电流小于或者等于它的额定电流,由于其熔体发热温度尚未达到熔体的熔点,所以不会熔断,电路接通。

热继电器:

电路正常工作时,热继电器内热原件产生的热量仅能使双金属片产生较小弯曲,而不能移动。

当过载时,流过热原件的电流增大,使双金属片产生较大弯曲推动导板使继电器触电动作,断开电路,从而达到对电路进行过载保护的作用。

热继电器动作后,经过一段时间的冷却,主双金属片恢复原状,导板也退回原处,可重复使用。

 

图1-1三相异步电动机可逆双重连锁控制电气原理图

三.设计电气安装接线图

如图1-2为三相异步电动机可逆双重连锁控制电路电气安装接线图。

三相交流电源通过L1、L2、L3三个点接入,经过主电路及控制电路,由U、V、W分别接入电动机的三相。

按钮盒SB1为电动机正转按钮,SB2为反转按钮,SB3时电动机停止按钮。

图1-2三相异步电动机可逆双重连锁控制电气安装接线图

四.设备清单

1.低压断路器1个(QF):

作为总开关,用于控制电路的接通与断开;

2.熔断器5个(FU1、FU2、FU3、FU4、FU5):

用于对电路进行过流保护;

3.交流接触器(KM1、KM2):

控制其触点的通断,从而控制电路通断;

4.热继电器1个(FR):

用于对电路进行过载保护;

5.按钮盒1个(SB1、SB2、SB3):

电动机正转、反转和停止的开关信号;

6.导线若干:

连接电路。

五.故障现象及故障分析

故障1

故障现象:

接通电源,打开开关QF,按下启动按钮后电路无任何反应。

故障分析:

电路无任何反应说明其中存在断点,用万用表逐一检查后,发现断点出现在低压断路器QF上,是由于其触点与连接导线处螺丝松脱造成接触不良。

故障2

故障现象:

接通电源,确定无任何接触不良后打开开关QF,按下启动按钮电路仍无任何反应。

故障分析:

电路仍无法接通,且无接触不良布恩,说明是熔断器部分出生断路。

用万用表逐一检查每个熔断器发现部分熔断器的熔体熔化,电流无法通过熔断器,造成了实际意义上的断路。

故障3

故障现象:

接通电源,打开开关QF,按下正转按钮后,电动机正转,但松开按钮后电动机停转。

故障分析:

显然是由于电动机控制正转电路部分无法自保持引起的,无法自保持应该考虑线圈是否得电。

通过检查发现,由于KM1线圈处有一根线未接通,导致KM1线圈无法得电,触点无法自保持。

技能训练题目二:

星—三角降压启动控制

一.课题分析

凡是正常运行时三相定子绕组为三角形联结的三相笼型异步电动机,都可采用星—三角降压启动。

由于电动机每相绕组电压只为正常工作电压的

,因此能减少启动电流,待电动机转速接近额定转速时,再将电动机定子绕组改成三角形联结,各相绕组承受额定工作电压,电动机进入正常运转。

二.设计电气原理图

如图2-1为星—三角降压启动电路电器原理图。

工作原理如下:

当QF闭合,主电路及控制电路接通。

按下SB2,电流由FU4进入,分两路:

一路经FR、SB1、KM1线圈,从FU5流出,当KM1线圈得电时,常开触点闭合,电路自保持,另一路经FR、SB1、KM1、KM2、KT线圈或KM3线圈,从FU5流出。

KM3线圈得电后,其常开触点闭合,电路处于星形联结,降压启动状态中。

KT延时时间到,KT延时断开常闭触点断开,KM3线圈失电,主电路KM3断开。

KT延迟闭合触点闭合,电路由FU4流出,经FR、SB1、KM1、KT、KM3、KM2线圈,从FU5流出。

当KM2得电,其常开触点闭合,电动就进入三角形稳定运行状态。

熔断器:

当电路正常工作时,流过熔断器的电流小于或者等于它的额定电流,由于其熔体发热温度尚未达到熔体的熔点,所以不会熔断,电路接通。

当电流达到额定电流的8~10倍时,熔体迅速熔断,切断电路,从而达到对电路进行过电流保护的作用。

热继电器:

电路正常工作时,热继电器内热原件产生的热量仅能使双金属片产生较小弯曲,而不能移动。

当过载时,电流增大,使双金属片产生较大弯曲推动导板使继电器触电动作,断开电路,从而达到对电路进行过载保护的作用。

热继电器动作后,经过一段时间的冷却,主双金属片恢复原状,导板也退回原处。

 

图2-1三相异步电动机星—三角降压启动电气安装接线图

三.设计电气安装接线图

如图2-2为三相笼型异步电动机可星—三角降压启动电路电气安装接线图。

三相交流电源通过L1、L2、L3三个点接入,经过主电路及控制电路,由U、V、W分别接入电动机的三相绕组的一端,考虑到电动机需要在两种运行方式(星型和三角形)之间切换,所以电动机三相绕组的另一端需接入星—三角切换开关。

按钮盒中SB2为启动按钮,SB1常闭用作停止按钮,因控制电路可自动进行星—三角运行方式的切换故不需要设置运行方式的切换按钮。

图2-2三相异步电动机星—三角降压启动电气安装接线图

四.设备清单

1.低压断路器1个(QF):

作为总开关,用于控制电路的接通与断开;

2.熔断器5个(FU1、FU2、FU3、FU4、FU5):

用于对电路进行过流保护;

3.交流接触器(KM1、KM2、KM3):

控制其触点的通断,从而控制电路通断;

4.热继电器1个(FR):

用于对电路进行过载保护;

5.时间继电器1个(KT):

用于在启动时控制星—三角切换的时间;

6.按钮盒1个(SB1、SB2):

启动和停止的开关信号;

7.导线若干:

连接电路。

五.故障现象及故障分析

故障现象:

接通电源,打开开关QF,按下启动按钮后,接触器KM1动作,但电路无任何反应。

故障分析:

接触器动作,但是电路无任何反应,说明触头部分存在接触不良或者断点。

将接触器触头部分拆下发现,触头表面严重氧化形成一层氧化层,阻碍电流通过导致接触不良。

故障现象:

电动机可以实现星形启动,但是启动后电动机三角形正常运行的时候噪声较大。

故障分析:

噪声较大时由于电动机运行的不稳定,出现抖动的情况,进而噪声较大。

出现这一现象的主要原因一般是由于相序接错或者电压不稳。

经测量排除电压不稳的原因电线两相相序接反,导致启动后电动机无法构成完整的三角形联结,运行不稳定。

故障现象:

接通电源,打开开关QF,按下启动按钮后,系统一直处于星型启动运行,不能变换为三角形正常运行。

故障分析:

由于控制星形和三角形之间切换的主要部件是时间继电器KT,所以故障大多出现与此。

经检查发现,由于KT线圈部分的一根导线漏接,只是线圈没有得电,无法进行星形和三角形之间的切换。

电气线路安装调试技能训练小结

一.电气原理图的绘制要求

1.电气原理图一般分为主电路和辅助电路。

主电路是从电源到电动机或电路末端的电路,是强电流通过的部分,画在原理图的左侧或上面。

辅助电路是通过小电流的电路,一般是由按钮、电气元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成的控制电路、信号电路及保护电路等,画在原理图的右侧。

复杂的系统则分图绘画;

2.每一电气元件采用国家规定的统一图形符号来表示,在图形符号附近用文字符号标注属于哪类电器;

3.同一电器的各个部件在图中的位置,根据便于阅读和研究的原则来安排,可以不画在一起,但属于同一电器的各个部件均编以相同的文字符号。

若有多个同一类的电器元件,可以在符号后面加上数字序号;

4.对于接触器、继电器的触点按吸引线圈不通电状态下画出,控制器手柄按趋近于零位时的状态画出,按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画出等;

5.在原理图中,无论是主电路还是辅助电路,各电气元件一般应按动作顺序和信号流从上到下、从左到右依次排列,可以水平布置或垂直布置,并尽可能减少线条和避免线条交叉。

电路中各元器件触点图形符号,当图形垂直放置时,以“左开右闭”原则绘制,当图形水平放置时以“上开下闭”原则绘制;

二.电气接线图的绘制要求

1.绘制电气接线图时,各电器元件均按其在安装底板中的实际位置绘出,元件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制;

2.统一电器的各个部件要画在一起,其尺寸和比例没有严格要求,各部件的位置尽量符合实际情况;

3.一个元件的所有部件绘在一起,并用点划线框起来,有时将多个电器元件用点划线框起来,表示它们是安装在同一安装底板上的;

4.安装底板内外的电器元件之间的连线通过接线端子板进入连接,安装底板上有几条接至外电路的引线,端子板上就应绘出几个线的接点;

5.不在同一控制箱内或不是同一块配电屏的各电气元件之间的连接,必须通过接线端子板进行连接。

同一控制箱内的各控制元件之间可以直接连接。

安装接线图上所标示的电气连接,一般不表示实际走线的途径,施工时由操作者根据实际情况选择最佳走线方式;

6.应详细的标明配线用的各种导线的型号、规格、截面积及连接导线的根数。

表明所穿管子的型号、规格等,并标明电源的引入点。

三.电气安装、接线的工艺要求

1.电器安装的工艺要求

(1)组合开关、熔断器的受电端子应安装在控制板的外侧,并使熔断器的受电端为底座的中心端;

(2)各元件的安装位置应齐整,匀称,间距合理,便于元件的更换;按要求进行接图,尽量的让线走直路,不要交叉线,而且要把各个连线全部接完。

导线线号、设备标识、名牌应标识清晰,不褪色。

2.布线的工艺要求

(1)布线通道尽可能少,同时并行导线按主、控电路分类集中,单层密排,紧贴安装面布线;

(2)同一平面的导线应高低一致,不能交叉。

非交叉不可时,,该根导线应在接线端子引出时,就水平架空跨越,但必须走线合理;变换走向时应垂直;布线时严禁损伤线芯和导线绝缘;布线顺序一般以接触器为中心,由里向外,由高至低,先控制电路,后主电路,以不妨碍后续布线为原则;

(3)在每根剥去绝缘层的导线两端要套上编码套管。

所有从一个接线端子(或接线桩)到另一个接线端子(或接线桩)的导线必须连接,中间无接头;导线与接线端子或接线桩连接时,不得压绝缘层、不反圈及不露铜过长;

(4)同一元件、同一回路的不同接点的导线间距离应保持一致;一个电器元件的接线端子上的导线连接不得多于两根,每节接线端子板上的连接导线一般只允许连接一根。

四.实训接线发生的故障及排除办法

在培训过程中,我们出现了多种多样的错误,通过老师的讲解,逐一将其改正。

现对出现错误的原因及其解决方法进行分析。

如表1-1

1接通电源,打开开关QF,按下启动按钮电路无任何反应。

故障分析:

电路无任何反应说明其中存在断点,用万用表逐一检查后,发现断点出现在低压断路器QF上,是由于其触点与连接导线处螺丝松脱造成接触不良。

解决方法:

使用平口或十字螺丝刀将螺丝拧紧后,再次用万用表检查,确保接触良好

2、接通电源,确定无任何接触不良后打开开关QF,按下启动按钮电路仍无任何反应

故障分析:

电路仍无法接通,且无接触不良布恩,说明是熔断器部分出生断路。

用万用表逐一检查每个熔断器发现部分熔断器的熔体熔化,电流无法通过熔断器,造成了实际意义上的断路

解决方法:

跟换新的熔断器,再次用万用表检查电路,确保熔断器部分接通。

故障分析:

显然是由于电动机控制正转电路部分无法自保持引起的,无法自保持应该考虑线圈是否得电。

通过检查发现,由于KM1线圈处有一根线未接通,导致KM1线圈无法得电,触点无法自保持。

解决方法:

补充接线后,用万用表检查确保接通。

接通电源,打开开关QF,按下正转按钮后,电动机正转,但松开按钮后电动机停转

故障分析:

接触器动作,但是电路无任何反应,说明触头部分存在接触不良或者断点。

将接触器触头部分拆下发现,触头表面严重氧化形成一层氧化层,阻碍电流通过导致接触不良。

解决方法:

用砂纸或者小刀,将触头表面氧化层除去。

经万用表检查,接通后,再次通电

第二部分PLC电气控制系统设计

一.课题要求

电镀生产线采用专用行车,行年架装有可升降的吊钩;行车和吊钩各有一台电动机拖动;行车进退和吊钩升降由限位开关位控制;生产线定为三槽位;工作循环为:

工件放入镀槽-电镀5min后提起停放30s一放入回收液槽浸32min提起后停16s一放入清水槽清洗32s提起后停16s一行车返回原点。

如图3-1所示。

设置自动循环、点动、单周循环和步进四种作方式;有必要的电气保护和联锁;设计主电路电气原理图、PLC的I/O分配表、PLC的I/O接线图、编出梯形图、写出指令语句表,并要求调试成功、会排查故障。

 

 

图3-1电镀生产线工作示意图

二.课题分析

考虑到本课题比较复杂,无法用一般的经验设计法来完成,所以根据要求,采用顺序控制法设计PLC的梯形图程序,可以有效的解决经验设计法所存在的问题。

此设计法易于接受,效率较高,且程序的调试、修改和阅读都很容易。

如图3-2所示,工件的运行过程是:

8号(原点)位置—1号位置—2号位置—3号位置—4号位置—5号位置—4号位置—3号位置—6号位置—3号位置—2号位置—7号位置—2号位置—1号位置—8号位置(原点)的一个循环。

图3-2电镀生产线工件运行过程示意图

课题要求设计出自动循环、点动、单周循环和步进四种作方式,共3个程序,分别是公共程序、自动程序和手动程序,自动程序包括自动循环、步进及单周循环3个功能。

程序接通以后,首先执行公共程序,当选择自动循环、步进或单周循环中的任意一种模式,第一个跳转指令无法接通,直接执行自动程序,然后第二个跳转指令后结束程序。

如果选择点动模式,在执行完公共程序以后执行第一个跳转指令,跳转至P0入口,第二个跳转指令无法执行,于是执行手动程序,最后结束。

这样就完成了手动程序与自动程序之间的切换工作。

思路如图3-3所示。

图3-3电镀生产线总体程序设计思路示意图

三.设计主电路

如图3-4所示为电镀生产线PLC主电路图。

三相交流单经L1、L2、L3进入主电路。

PLC通过控制KM1和KM2线圈的得电或失电来控制吊钩电动机的正转或反转,从而实现吊钩的升和降。

通过控制KM3和KM4线圈的得电或失电来控制行车电动机的正转或反转,来实现行车的左行或右行。

保护原件主要有热继电器(FR1、FR2)和熔断器(FU1、FU2),他们分别用来对电

路进行过载保护和过流保护。

另外,KM1和KM2、KM3和KM4之间在控制电路部分设有互锁装置,使得KM1和KM2、KM3和KM4无法同时接通。

图3-4电镀生产线PLC主电路图

四.设计PLC的I/O分配表

表2-1为电镀生产线PLC的I/O分配表。

表2-1电镀生产线PLC的I/O分配表

输入

输出

编号

对应元件

功能

编号

对应元件

功能

X0

SQ1

启动

Y2

KM1

行车左行

X1

SQ2

停止

Y3

KM2

行车右行

X2

SQ3

上限位

Y4

KM3

吊钩上行

X3

SQ4

下限位

Y5

KM4

吊钩下行

X4

SQ5

右限位

X5

SQ6

回收液槽限位

X6

SB1

启动开关

X7

SB2

停止开关

X10

SA1

自动循环

X11

SB3

吊钩吊起完毕

X12

SA2

单周运行

X13

SA3

步进

X14

SA4

手动控制

X15

SB4

吊钩下行

X16

SB5

行车左行

X17

SB6

行车右行

X20

SB7

吊钩上行

五.设计PLC的I/O接线图

如图3-5所示为PLC的I/O接线图。

由图表可以可知,PLC控制系统的输入信号共有17个,均为开关量。

其中单操作按钮开关7个,行程开关6个,选择工作方式开关4个。

PLC控制系统的输出信号共有4个,其中2个用于控制吊钩电机正反转的接触器KM1、KM2线圈的通/断,2个用于控制行车电机正反转接触器KM3、KM4线圈的通/断。

图3-5电镀生产线PLC的I/O接线图

 

六.设计功能图

如图3-6为电镀生产线PLC设计功能图。

本流程共分为21个步骤包括:

初始步骤(M0)、吊钩抓起工件步骤(M1)、吊钩上移步骤(M2、M6、M11、M16)、吊钩下移步骤(M4、M9、M14、M19)、行车左移步骤(M8、M13、M18)、行车右移步骤(M3)、定时步骤(M5、M7、M10、M12、M15、M17)和吊钩放下工件步骤(M20)。

图3-6电镀生产线PLC设计功能图

七.设计梯形图

1.公共程序

M8002在PLC启动通电后接通,X5限位开关接通表示系统处于原点位置,于是将M0置为1,系统开始进行运行。

当选择自动模式时,连续标示M200清零。

选择手动模式时,需将M1~M20全部清零,目的是为了防止手动时,其中的任意步骤还处于接通状态,发生同一时间有两个步骤一起执行的情况。

图3-7电镀生产线PLC公共程序梯形图

2.自动程序

如图3-8为电镀生产线PLC自动程序梯形图。

遵照设计功能图,使用起、保、停电路完成的梯形图。

本梯形图由三个功能:

自动循环模式、单步运行模式及步进运行模式。

自动循环模式和单步模式使用连续表示M200的接通与否进行区分。

为了实现单步运行,在梯形图的中串入M110的常开点,一般情况下,M110一直处于接通状态,但是当X13(模式选择:

步进)被接通以后,M110断开,只有当X006的上升沿来临时,M110才会被瞬间接通一次,而只有M110被接通,M1~M20各步骤才能正常循环,从而实现了步进功能。

图3-8电镀生产线PLC自动程序梯形图

3.手动程序

如图3-9为电镀生产线PLC手动程序梯形图。

Y4吊钩上移与否由X20上移按钮决定,不设有自保持电路。

当到达SQ5上限为开关后,吊钩不能继续上移,故系统串达SQ5位置后系统断开。

Y4与Y5设有互锁装置,表示上移和下移不能同时进行。

Y2入X4常闭触点,当X4接通,即到及Y3同理。

图3-9电镀生产线PLC手动程序梯形图

八.系统指令表

如图2-10所示,为电镀生产线PLC系统指令表。

图3-10电镀生产线PLC系统指令表

九.小结

1.顺序控制法的设计步骤

(1)步的划分

步时控制系统中一个相对不变的性质,它对应于一个稳定的状态。

在功能流程图中,常表示某个执行元件的状态变化,用矩形框表示,框中的数字是该步的编号,编号可以使该步对应的工步序号,也可以是与该步相对应的编程元件。

步的这种划分方法使代表各步的编程元件与PLC各输出状态之间有着极为简单的逻辑关系。

步也可根据被控对象工作状态的变化来划分,但被控对象工作状态的变化应该由PLC输出状态的变化引起。

(2)转换条件的确定

在功能流程图中,会发生步的活动状态的进展。

该进展按有向连线的规定路线进行,这种进展是由转换的实现来完成的,并与控制过程的发展相对应。

使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。

转换条件可能是外部输出信号,如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等,也可能是PLC内部产生的信号,如定时器、计数器触点的接通/断开等,转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。

(3)功能图的绘制

根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出功能图。

绘制功能图是顺序控制设计法中最为关键的一个步骤。

(4)梯形图的编制

根据功能图,按某种编程方式写出梯形图程序。

2.PLC编程语言

PLC是通过运行编写的用户程序实现控制任务的。

PLC中的程序由系统程序和用户程序两部分组成,系统程序由PLC生产厂家提供,它支持用户程序的运行;用户程序是用户为完成特定的控制任务而编写的应用程序。

PLC梯形图具有以下一些特点:

(1)PLC的梯形图是“从上到下”按行绘制的,两侧的竖线类似电气控制图的电源线,通常称做母线(BusBar),大部分梯形图只保留左母线;梯形图的每一行是“从左到右”绘制,左侧总是输入接点,最右侧为输出元素,触点代表逻辑“输入”条件,如开关、按纽、内部条件等;线圈通常代表逻辑“输出”结果,如指示灯、接触器、中间继电器、电磁阀等。

对S7-200系列的PLC来说,还有一种输出“盒”(功能框),它代表附加的指令,如定时器、计数器或数学运算等功能指令。

(2)电气控制电路左右母线为电源线,中间各支路都加有电压,当支路接通时,有电流流过支路上的触点与线圈。

梯形图中的假想电流在图中只能作单方向的流动,即只能从左向右流动。

层次改变(接通的顺序)也只能先上后下,与程序编写时的步序号是一致的。

(3)梯形图中的输入接点如I1.0、I0.1等,输出线圈Q0.0、Q0.1等不是物理接点和线圈,而是输入、输出存储器中输入、输出点的状态,并不是接线时现场开关的实际状态;输出线圈只对应输出映像区的相应位,该位的状态必须通过I/O模块上对应的输出单元才能驱动现场执行机构。

(4)梯形图中使用的各种PLC内部器件,如辅助继电器、定时器、计数器等,也不是真的电器元件,但具有相应的功能,因此通常按电气控制系统中相应器件的名称称呼它们。

梯形图中每个继电器和触点均为PLC存储器中的一位,相应位为“1”,表示继电器线圈通电、常开接点闭合或常闭接点断开;相应位为“0”,表示继电器线圈断电、常开接点断开或常闭接点闭合。

3.心得体会

  

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