西門子CPU224XP可編程控制器6ES7214-2AS23-0XB8

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自動化領(lǐng)域的當(dāng)前發(fā)展主流趨勢是基于PLC集成的解決方案。在實(shí)現(xiàn)若干復(fù)雜工藝功能和運(yùn)動控制的應(yīng)用中，基于PLC的機(jī)電一體化1）解決方案得到了迅速的推廣，它既能為用戶提供更加靈活和更加效能的機(jī)械設(shè)備，也能大大地節(jié)約制造成本。因此，機(jī)電一體化的理念正逐漸地貫徹到越來越多的項(xiàng)目規(guī)劃和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。
在機(jī)電一體化方案中，注重運(yùn)動控制的工藝功能在自動化系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。西門子的Technology CPU（或稱T CPU）實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)SIMATIC CPU中集成工藝和運(yùn)動控制功能，它不僅可*地執(zhí)行開環(huán)控制和運(yùn)動控制的任務(wù)，而且能*集成在SIMATIC產(chǎn)品家族和TIA（Totally Integrated Automation，全集成自動化）環(huán)境之中。
作為新的SINAMICS驅(qū)動家族的一員，SINAMICS S120是滿足機(jī)器和工廠框架中高性能要求的模塊化驅(qū)動系統(tǒng)。S120提供了高性能的單軸和多軸驅(qū)動，憑借其擴(kuò)展性和靈活性，可廣泛應(yīng)用在眾多行業(yè)。西門子CPU224XP可編程控制器6ES7214-2AS23-0XB8

1）機(jī)電一體化（Mechatronics），結(jié)合了機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的綜合性學(xué)科，常用于制造業(yè)的設(shè)計(jì)和開發(fā)工作。

1.2 Technology CPU產(chǎn)品介紹
目前西門子提供了三款T CPU（如圖1）供用戶選擇：315T-2DP、317T-2DP和317TF-2DP。CPU 315T-2DP/CPU 317T-2DP應(yīng)用在運(yùn)動控制和標(biāo)準(zhǔn)控制相結(jié)合的典型應(yīng)用中；CPU317TF-2DP除了包含了以上兩款產(chǎn)品的所有功能，還提供了額外的故障安全功能，可應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)控制、運(yùn)動控制和安全相關(guān)控制相結(jié)合的綜合應(yīng)用之中。

圖1 T CPU產(chǎn)品家族

T CPU包括以下部分：

• SIMATIC CPU 31x-2DP
• 符合PLCopen認(rèn)證的運(yùn)動控制功能
• 工藝組態(tài)（工藝對象、軸組態(tài)、工藝工具等）

系統(tǒng)提供預(yù)編程的符合PLCopen認(rèn)證的功能塊簡化了用戶的編程工作。STEP 7選件包S7-Technology可用于對所有的工藝功能進(jìn)行編程和調(diào)試。
T CPU可同時(shí)處理多達(dá)32個(gè)（對于315T-2DP）或64個(gè)（對于317T（F）-2DP）工藝對象。
更多T CPU產(chǎn)品信息請參考支持中心提供的相關(guān)網(wǎng)頁。

1.3 SINAMICS S120產(chǎn)品介紹
Sinamics S120 是西門子公司推出的全新的集 V/F、矢量控制及伺服控制于一體的驅(qū)動控制系統(tǒng)，它不僅能控制普通的三相異步電動機(jī)，還能控制同步電機(jī)、扭矩電機(jī)及直線電機(jī)。其強(qiáng)大的定位功能將實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軸的、相對定位。內(nèi)部集成的 DCC(驅(qū)動控制圖表)功能，用 PLC 的 CFC 編程語言來實(shí)現(xiàn)邏輯、運(yùn)算及簡單的工藝等功能。
S120分為兩種，AC/AC（單軸驅(qū)動器）和DC/AC（多軸驅(qū)動器）。
更多S120產(chǎn)品信息請參考支持中心提供的相關(guān)網(wǎng)頁。

2. 準(zhǔn)備

2.1 環(huán)境要求

2.1.1 本文檔所述實(shí)例基于以下硬件環(huán)境：
• PS307 5A                         6ES7307-1EA00-0AA0
• CPU 317TF-2DP             6ES7317-6TF14-0AB0
• SIMATIC MMC 8M        6ES7953-8LP11-0AA0
• SIMATIC Field PG M3    6ES7715-1BB23-0AA1
• PROFIBUS電纜
• 其他S7 300模塊（如果有，如DI、DO等）
• S120 Training Case           6ZB2480-0BA0，

圖2 S120 Training Case

包括：
（1）CU320 6SL3040-0MA00-0AA1
（2）非調(diào)節(jié)型電源模塊5kW 6SL3130-6AE15-0AA0
（3）雙電機(jī)模塊3A 6SL3120-2TE13-0AA0
（4）同步電機(jī)（1FK7022-5AK71-1AG3），通過SMC20（6SL3055-0AA00-5BA1）接增量型編碼器（2048,Sin/Cos，1Vpp）
（5）同步電機(jī)（1FK7022-5AK71-1LG3），通過DRIVE-CLIQ接值編碼器（512 ppr，EnDat）
（6）CompactFlash Card 6SL3054-0CG01-1AA0

2.1.2 本文檔所述實(shí)例基于以下軟件環(huán)境：
• Window XP SP3
• STEP 7 V5.5 SP2
• S7 Technology V4.2 SP1
• S7 Distributed Safety V5.4 SP52)

2）如需使用故障安全功能，則需要此軟件。

2.2 任務(wù)

2.2.1 組態(tài)實(shí)例

圖3 系統(tǒng)連接圖

1.熱電偶的概述

1.1 熱電偶的工作原理
熱電偶和熱電阻一樣，都是用來測量溫度的。
熱電偶是將兩種不同金屬或合金金屬焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，利用溫差電勢原理來測量溫度的，當(dāng)熱電偶兩種金屬的兩端有溫度差，回路就會產(chǎn)生熱電動勢，溫差越大，熱電動勢越大，利用測量熱電動勢這個(gè)原理來測量溫度。
結(jié)構(gòu)示意圖如下：

圖1 熱電偶測量結(jié)構(gòu)示意圖

注意：如上圖所示，熱電偶是有正負(fù)極性的，所以需要確保這些導(dǎo)線連接到正確的極性，否則將會造成明顯的測量誤差
為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，安裝要求如下：
① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；
③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；
④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離；
⑤ 熱電偶對于外界的干擾比較敏感，因此安裝還需要考慮屏蔽的問題。

1.2 熱電偶與熱電阻的區(qū)別

表1 熱電偶與熱電阻的比較

2. 熱電偶的類型和可用模板

2.1熱電偶類型
根據(jù)使用材料的不同，分不同類型的熱電偶，以分度號區(qū)分，分度號代表溫度范圍，且代表每種分度號的熱電偶具體多少溫度輸出多少毫伏的電壓，熱電偶的分度號有主要有以下幾種。

 表2 分度號對照表

2.2可用的模板

表3 S7 300/400 支持熱電偶的模板及對應(yīng)熱電偶類型

3. 熱電偶的補(bǔ)償接線

3.1 補(bǔ)償方式
熱電偶測量溫度時(shí)要求冷端的溫度保持不變，這樣產(chǎn)生的熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時(shí)冷端的環(huán)境溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性，所以需要對冷端溫度變化造成的影響采取一定補(bǔ)償?shù)拇胧?br />由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測溫點(diǎn)到控制儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本可以用補(bǔ)償導(dǎo)線延伸冷端到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，但補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)要和熱電偶的導(dǎo)線材質(zhì)相同。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度變化造成的影響，補(bǔ)償方式見下表。

表4 各類補(bǔ)償方式

3.2各補(bǔ)償方式接線

3.2.1內(nèi)部補(bǔ)償
內(nèi)部補(bǔ)償是在輸入模板的端子上建立參比接點(diǎn)，所以需要將熱電偶直接連接到模板的輸入端，或通過補(bǔ)償導(dǎo)線間接的連接到輸入端。每個(gè)通道組必須接相同類型的熱電偶，連接示意圖如下。

表5 支持內(nèi)部補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)

圖2 內(nèi)部補(bǔ)償接線

注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接補(bǔ)償端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板無。

3.2.2 外部補(bǔ)償—補(bǔ)償盒
補(bǔ)償盒方式是通過補(bǔ)償盒獲取熱電偶的參比接點(diǎn)的溫度，但補(bǔ)償盒必須安裝在熱電偶的參比接點(diǎn)處。
補(bǔ)償盒必須單獨(dú)供電，電源模塊必須具有充分的噪聲濾波功能，例如使用接地電纜屏蔽。
補(bǔ)償盒包含一個(gè)橋接電路，固定參比接點(diǎn)溫度標(biāo)定，如果實(shí)際溫度與補(bǔ)償溫度有偏差，橋接熱敏電阻會發(fā)生變化，產(chǎn)生正的或者負(fù)的補(bǔ)償電壓疊加到測量電勢差信號上，從而達(dá)到補(bǔ)償調(diào)節(jié)的目的。
補(bǔ)償盒采用參比接點(diǎn)溫度為0℃的補(bǔ)償盒，*使用西門子帶集成電源裝置的補(bǔ)償盒，訂貨號如下表。

*使用的補(bǔ)償盒		訂貨號
帶有集成電源裝置的參比端，用于導(dǎo)軌安裝		M72166-V V V V V
輔助電源	B1	230VAC
	B2	110VAC
	B3	24VAC
	B4	24VDC
連接到熱電偶	1	L型
	2	J型
	3	K型
	4	S型
	5	R型
	6	U型
	7	T型
參考溫度	00	0℃

表6 西門子參比接點(diǎn)的補(bǔ)償盒訂貨數(shù)據(jù)

圖3 S7-300模板支持接線方式

圖3 類型：熱電偶通過補(bǔ)償導(dǎo)線連接到參比接點(diǎn)，再用銅質(zhì)導(dǎo)線連接參比接點(diǎn)和模板的輸入端子構(gòu)成回路，同時(shí)由一個(gè)補(bǔ)償盒對模板連接的所有熱電偶進(jìn)行公共補(bǔ)償，補(bǔ)償盒的9，8端子連接到模板的補(bǔ)償端COMP+(10)和Mana(11)，所以模板的所有通道必須連接同類型的熱電偶。

圖4 S7-400模板支持接線方式

圖4 類型：模板的各個(gè)通道單獨(dú)連接一個(gè)補(bǔ)償盒，補(bǔ)償盒通過熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線直接連接到模板的輸入端子構(gòu)成回路，所以模板的每個(gè)通道都可以使用模板支持類型的熱電偶，但是每個(gè)通道都需要補(bǔ)償盒。

表7 支持外部補(bǔ)償盒補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)

3.2.3 外部補(bǔ)償—熱電阻
熱電阻方式是通過外接電阻溫度計(jì)獲取熱電偶的參比接點(diǎn)的溫度，再由模板處理然后進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同樣熱電阻必須安裝在熱電偶的參比接點(diǎn)處。

圖5 S7-300模板支持方式

圖5類型：參比接點(diǎn)電阻溫度計(jì)pt100的四根線接到模板的35，36，37，38端子，對應(yīng)（M+，M-，I+，I-），可測參比接點(diǎn)出溫度范圍為-25℃到85℃，

圖6 S7-400模板支持方式

圖6類型：參比接點(diǎn)電阻溫度計(jì)的四根線接到模板的通道0，占用通道。
以上這兩種方式，參比接點(diǎn)到模板的線可以用銅質(zhì)導(dǎo)線，由于做公共補(bǔ)償，只能接同類型的熱電偶。

表8 支持熱電阻補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)

3.2.4外部補(bǔ)償—固定溫度
如果外部參比接點(diǎn)的溫度已知且固定，可以通過選擇相應(yīng)的補(bǔ)償方式由模板內(nèi)部處理補(bǔ)償，組態(tài)設(shè)置詳見下章節(jié)。

表9支持固定溫度補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)

從上表可以看出，300的模板只支持參比接點(diǎn)的溫度為0℃或50℃兩種，而400的模板支持可變溫度范圍，且范圍大。

3.2.4混合補(bǔ)償—熱電阻和固定溫度補(bǔ)償
另外，除單獨(dú)補(bǔ)償方式外，可以使用相同參比接點(diǎn)給多個(gè)模板，通過電阻溫度計(jì)進(jìn)行外部補(bǔ)償，S7-400的模板支持這種方式，補(bǔ)償示意圖如下。

圖7 混合外部補(bǔ)償

補(bǔ)償過程：如圖所示，模板2和1 有公共的參比接點(diǎn)，模板1進(jìn)行外部電阻溫度計(jì)補(bǔ)償方式，由CPU讀取RTD的溫度，然后使用系統(tǒng)功能SFC55(WR_PARM)將溫度值寫入到模板2中，模板2選擇固定溫度補(bǔ)償?shù)姆绞健?br />SFC55只能對模板的動態(tài)參數(shù)進(jìn)行修改，模擬量輸入模板的靜態(tài)參數(shù)（數(shù)據(jù)記錄0）和動態(tài)參數(shù)（數(shù)據(jù)記錄1）的參數(shù)及數(shù)據(jù)記錄1的結(jié)構(gòu)如下：

表10 S7-400模擬量輸入模板的參數(shù)

圖8 S7-400模擬量輸入模板的數(shù)據(jù)記錄1的結(jié)構(gòu)

以6ES7 431-7QH00-0AB0 模擬量輸入模板為例，程序塊SFC55調(diào)用：

圖9 SFC55系統(tǒng)塊調(diào)用

當(dāng)M0.0上升沿使能時(shí)，將寫入的參數(shù)從MB100~MB166傳遞到輸入地址為100開始的模板，修改其數(shù)據(jù)記錄1的參數(shù)，同時(shí)也將參比接點(diǎn)的溫度也寫入模板的設(shè)定位置。

產(chǎn)品遠(yuǎn)銷全國各地：
直轄市 
北京市
天津市
上海市
重慶市
自治區(qū) 
新疆維吾爾自治區(qū)：2地級市-烏魯木齊、克拉瑪依19縣級市-石河子、阿拉爾市、圖木舒克、五家渠、哈密、吐魯番、阿克蘇、喀什、和田、伊寧、塔城、阿勒泰、奎屯、博樂、昌吉、阜康、庫爾勒、阿圖什、烏蘇 

廣西壯族自治區(qū)：
14地級市-南寧、柳州、桂林、梧州、北海、崇左、來賓、賀州、玉林、百色、河池、欽州、防城港、貴港 7縣級市-岑溪、憑祥、合山、北流、宜州、東興、桂平 
省級行政單位黑龍江-13地級市：哈爾濱、大慶、齊齊哈爾、佳木斯、雞西、鶴崗、雙鴨山、牡丹江、伊春、七臺河、黑河、綏化 
19縣級市-五常、雙城、尚志、納河、虎林、密山、鐵力、同江、富錦、綏芬河、海林、寧安、穆林、北安、五大連池、肇東、海倫、安達(dá) 

吉林：8地級市-長春、吉林、四平、遼源、通化、白山、松原、白城 
20縣級市-九臺市、榆樹市、德惠市、舒蘭市、樺甸市、蛟河市、磐石市、公主嶺市、雙遼市、梅河口市、集安市、臨江市、大安市、洮南市、延吉市、圖們市、敦化市、龍井市、琿春市、和龍市 
遼寧：14地級市-沈陽、大連、鞍山、撫順、本溪、丹東、錦州、營口、阜新、遼陽、盤錦、鐵嶺、朝陽、葫蘆島 
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江蘇：13地級市-南京、鎮(zhèn)江、常州、無錫、蘇州、徐州、連云港、淮安、鹽城、揚(yáng)州、泰州、南通、宿遷 
27縣級市-江陰市、宜興市、邳州市、新沂市、金壇市、溧陽市、常熟市、張家港市、太倉市、昆山市、吳江市、如皋市、通州市、海門市、啟東市、東臺市、大豐市、高郵市、江都市、儀征市、丹陽市、揚(yáng)中市、句容市、泰興市、姜堰市、靖江市、興化市 

福建：9地級市-福州、廈門、泉州、三明、南平、漳州、莆田、寧德、龍巖 
14縣級市-福清市、長樂市、永安市、石獅市、晉江市、南安市、龍海市、邵武市、武夷山、建甌市、建陽市、漳平市、福安市、福鼎市 

安徽：17地級市-合肥、蚌埠、蕪湖、淮南、亳州、阜陽、淮北、宿州、滁州、安慶、巢湖、馬鞍山、宣城、黃山、池州、銅陵 
5縣級市-界首、天長、明光、桐城、寧國 
浙江：11地級市-杭州、嘉興、湖州、寧波、金華、溫州、麗水、紹興、衢州、舟山、臺州 
22縣級市-建德市、富陽市、臨安市、余姚市、慈溪市、奉化市、瑞安市、樂清市、海寧市、平湖市、桐鄉(xiāng)市、諸暨市、上虞市、嵊州市、蘭溪市、義烏市、東陽市、永康市、江山市、臨海市、溫嶺市、龍泉市 

西藏自治區(qū)：1地級市-拉薩 1縣級市-日喀則 寧夏回族自治區(qū)：5地級市-銀川、石嘴山、吳忠、固原、中衛(wèi) 2縣級市-青銅峽市、靈武市 
內(nèi)蒙古自治區(qū)：9地級市-呼和浩特、包頭、烏海、赤峰、通遼、鄂爾多斯、呼倫貝爾、巴彥淖爾、烏蘭
察布 
11縣級市-霍林郭勒市、滿洲里市、牙克石市、扎蘭屯市、根河市、額爾古納市、豐鎮(zhèn)市、錫林浩特市、二連浩特市、烏蘭浩特市、阿爾山市 

河北：11地級市-石家莊、唐山、邯鄲、秦皇島、保定、張家口、承德、廊坊、滄州、衡水、邢臺 
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廣東：21地級市-廣州、深圳、汕頭、惠州、珠海、揭陽、佛山、河源、陽江、茂名、湛江、梅州、肇慶、韶關(guān)、潮州、東莞、中山、清遠(yuǎn)、江門、汕尾、云浮 
22縣級市-增城市、從化市、樂昌市、南雄市、臺山市、開平市、鶴山市、恩平市、廉江市、雷州市 吳川市、高州市、化州市、高要市、四會市、興寧市、陸豐市、陽春市、英德市、連州市、普寧市、羅定市 

山東：17地級市-濟(jì)南、青島、淄博、棗莊、東營、煙臺、濰坊、濟(jì)寧、泰安、威海、日照、萊蕪、臨沂、德州、聊城、菏澤、濱州 
28縣級市-章丘、膠南、膠州、平度、萊西、即墨、滕州、龍口、萊陽、萊州、招遠(yuǎn)、蓬萊、棲霞、海陽、青州、諸城、安丘、高密、昌邑、兗州、曲阜、鄒城、乳山、文登、榮成、樂陵、臨清、禹城 

海南：2地級市-?？?、三亞 
6縣級市-瓊海、文昌、萬寧、五指山、儋州、東方 

云南：8地級市-昆明、曲靖、玉溪、保山、昭通、麗江、普洱、臨滄 
9縣級市-安寧市、宣威市、個(gè)舊市、開遠(yuǎn)市、景洪市、楚雄市、大理市、潞西市、瑞麗市 
貴州：4地級市-貴陽、六盤水、遵義、安順 
9縣級市-清鎮(zhèn)市、赤水市、仁懷市、銅仁市、畢節(jié)市、興義市、凱里市、都勻市、福泉市 

四川：18地級市-成都、綿陽、德陽、廣元、自貢、攀枝花、樂山、南充、內(nèi)江、遂寧、廣安、瀘州、達(dá)州、眉山、宜賓、雅安、資陽 
14縣級市-都江堰市、彭州市、邛崍市、崇州市、廣漢市、什邡市、綿竹市、江油市、峨眉山市、閬中市、華鎣市、萬源市、簡陽市、西昌市 

湖南：13地級市-長沙、株洲、湘潭、衡陽、岳陽、郴州、永州、邵陽、懷化、常德、益陽、張家界、婁底 
16縣級市-瀏陽市、醴陵市、湘鄉(xiāng)市、韶山市、耒陽市、常寧市、武岡市、臨湘市、汨羅市、津市市、沅江市、資興市、洪江市、冷水江市、漣源市、吉首市 

湖北：12地級市-武漢、襄樊、宜昌、黃石、鄂州、隨州、荊州、荊門、十堰、孝感、黃岡、咸寧 
24縣級市-大冶市、丹江口市、洪湖市、石首市、松滋市、宜都市、當(dāng)陽市、枝江市、老河口市、棗陽市、宜城市、鐘祥市、應(yīng)城市、安陸市、漢川市、麻城市、武穴市、赤壁市、廣水市、仙桃市、天門市、潛江市、恩施市、利川市 

河南：17地級市-鄭州、洛陽、開封、漯河、安陽、新鄉(xiāng)、周口、三門峽、焦作、平頂山、信陽、南陽、鶴壁、濮陽、許昌、商丘、駐馬店 
21縣級市-鞏義市、新鄭市、新密市、登封市、滎陽市、偃師市、汝州市、舞鋼市、林州市、衛(wèi)輝市、輝縣市、沁陽市、孟州市、禹州市、長葛市、義馬市、靈寶市、鄧州市、永城市、項(xiàng)城市、濟(jì)源市 

山西：11地級市-太原、大同、忻州、陽泉、長治、晉城、朔州、晉中、運(yùn)城、臨汾、呂梁 
11縣級市-古交、潞城、高平、介休、永濟(jì)、河津、原平、侯馬、霍州、孝義、汾陽 

陜西：10地級市-西安、咸陽、銅川、延安、寶雞、渭南、漢中、安康、商洛、榆林 
3縣級市-興平市、韓城市、華陰市 

甘肅：12地級市-蘭州、天水、平?jīng)?、酒泉、嘉峪關(guān)、金昌、白銀、武威、張掖、慶陽、定西、隴南 
4縣級市-玉門市、敦煌市、臨夏市、合作市 青海：1地級市-西寧 2縣級市-格爾木、德令哈 
江西：11地級市-南昌、九江、贛州、吉安、鷹潭、上饒、萍鄉(xiāng)、景德鎮(zhèn)、新余、宜春、撫州 
10縣級市-樂平市、瑞昌市、貴溪市、瑞金市、南康市、井岡山市、豐城市、樟樹市、高安市、德興市

銷售地區(qū)：
北京，重慶，天津，上海，河北，石家，唐山，秦皇，邯鄲，邢臺，保定，張家口，承德西，滄州，廊坊，衡水，山西，太原，大同，陽泉，長治，晉城，朔州，晉中，運(yùn)城，忻州，臨汾，呂梁，內(nèi)蒙古，呼和浩特，遼寧西，沈陽
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