TwinCATIEC61131-3编程

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Ebene,现场总线接口卡,交换机,*,*,PC,现场总线接口卡,交换机,13.09.2024,1,TwinCAT PLC Control IEC 61131-3,编程,TwinCAT,Runtime,TwinCAT,System Manager,TwinCAT,PLC,TwinCAT,NC/CNC,TwinCAT,Total Windows Control and Automation Technology,国际上承认的标准,逐步的在不远的将来所有供应商将采用它,统一的结构, 语言和操作处理方式将来自所有供应商,它节省你的时间,统一的软件模式和数据类型概念,对来自不同的,PLC,类型你只需学习一次,减少了误解和错误,标准的函数和功能块,测试软件的可重复使用性,IEC,(,International Electrotechnical Commission,),61131-3,是,IEC 61131,国际标准的第三部分,是第一个为工业自动化控制系统的软件设计提供标准化编程语言的国际标准。,IEC 61131-3,的优势,支持安全和高质量编程设计,轻松和舒适的结构,数据类型避免了编程错误,对每个问题提供了最佳编程语言,一致的 5 种编程语言规范,文本和图形语言,高级语言的可用性,不同语言混合编程,IEC 61131-3,的优势,PLCopen,是使,PLC,软件不依靠于供应商和独立于产品的世界组织. 它通过发布和强化,IEC 61131-3,软件开发标准, 给工业控制系统的用户带来很大的价值.,IEC 61131,标准给出了可依据的准则,资格证书给用户提供了通向真正,IEC 61131-3,编程系统的引导,(,例如,PLC,开放资格表列出符合该标准的产品,),PLCopen,国际组织是,一个独立于制造商和产品的国际组织,,总部位于荷兰。,致力于,IEC61131,标准的推广并取得了很大成功。,PLC,open,组织,为消除混乱, PLCopen.,.,已规定了3 层具有特性建立的编译,.,已规定了鉴定资格程序,.,有了资格测试协会,.,开发好的测试软件, 在成员中共享,.,已规定了证书程序,.,并有了已被鉴定产品的成员,PLC,open,组织,应用程序,FB,变量,编码体,功能块,变量,编码体,功能块,变量,编码体,应用程序,FB,变量,编码体,功能块,变量,编码体,功能块,变量,编码体,整个编译层,(,未来目标),可转载的应用程序,携带层(正在进行),可转载的函数,(,功能块,),库,基本层 (已存在),可转载的最小系统,PLC,open,组织,IEC61131-1,通用信息(1992),IEC61131-2,装置要求与测试(1992),IEC61131-3,编程语言(1993),IEC61131-4,用户导则(1995),IEC61131-5,通信服务规范(2000),IEC61131-7,模糊控制编程软件工具实施(2000),IEC61131-8 IEC61131-3,语言实现导则(2001),2000年8月由,PLCopen,组织向,IEC,提出增加,IEC61131-X,功能 安全性,目前尚处在草案阶段。,IEC 61131,概况,软件-, 通讯- 和 编程-模式,5,种内部连接编程语言的定义,两种文本和两种图形语言的语法和语句,:,指令表 (,IL),结构化文本,(ST),梯形图 (,LD),和功能块图,(FBD),顺序功能图,(SFC) -,为组建程序结构,编程语言,IEC 61131,标准 第3部,从上至下或从底向上的编程,以程序组织单元为单位 (,POUs),Program Organization Unit,逐级构建程序,良好的结构,IEC 61131,主要特性,编译器探测不同数据类型的分配,减少编程错误,强大的数据类型测定,IEC 61131,主要特性,不同的任务具有不同的优先级和不同的,PLC,循环时间,全执行控制,IEC 61131,主要特性,功能流程图,具有步骤, 动作和转移的流序,可选分枝和同步分枝流程,复杂的流程控制,IEC 61131,主要特性,用户定义数据元素,包含不同的基本的或用户定义的数据元素,通过自己的,POU,传递数据结构,数据结构,IEC 61131,主要特性,两种文本语言(,IL,ST,),三种图形语言,(FBD,,,LD,,,SFC,),针对问题选择适当的语言,灵活的语言选择,IEC 61131,主要特性,服从,IEC 61131-3,标准,基本层鉴定,(PLCopen),输入/输出接口,独立于供应商的软件,IEC 61131,主要特性,变量,功能块,FB,配 置,FB2,程序,P1,程序,P2,任务1,任务,2,资源,访问路径,FB1,FB4,程序,P3,程序,P4,任务,3,任务,4,资源,FB3,全局和直接地址变量,通讯功能,IEC 61131,软件模型,最高层,,,描述了整个控制系统的架构。,一个配置可被比作一个可编程控制器系统。,在一个配置里可以定义一个或几个资源。,在,TwinCAT,中 一个或多个,PLC,配置,Configuration,IEC 61131,软件模型,一个配置有一个或多个资源,“,实质”,PLC:,自己的全局变量, POU,任务等,.,在,TwinCAT:,就是一个,PLC,运行核,(Runtime),资源,Resources,IEC 61131,软件模型,对一个相关程序的周期的执行,实施控制单元,一个资源有一个或多个任务,有优先级时序排列(,03,,共四个级别),优先权和循环时间,任务调用一个或多个程序,任务决定了所关联程序的时间调度。,任务,Task,IEC 61131,软件模型,程序,是根据控制器过程的需要,包含了函数和功能块的一个逻辑组合的,POU,。,任务调用程序,程序调用功能块和函数,TwinCAT:,程序调用其它程序,程序,Program,IEC 61131,软件模型,程序调用功能块,功能块可调用功能块或函数,FB,有输入, 输出变量,FB,有运算法则,:,每次,FB,被执行,就是运行一段程序编码,功能块 (,FB),Function Block,IEC 61131,软件模型,程序或功能块可调用函数,函数有输入变量,和一个输出变量,函数有运算法则:每次函数被执行,就是运行一段程序编码,函数可以调用另外的函数,但不能调用功能块,函数,Function,IEC 61131,软件模型,FB:,例程, 全部数据分配内存地址,函数: 没有指定的内存分配地址,FB:,多个输出变量或没有输出变量,函数: 一个输出变量,FB,:可调用功能块或函数,函数:可调用函数,但不能调用功能块,功能块和函数之间的区别,IEC 61131,软件模型,变量在一个,POU (,程序, 功能块或函数,),中定义说明.,只能在这个,POU,中访问,局部变量,IEC 61131,软件模型,变量在一个资源,(PLC,运行核-,runtime),中定义说明,每个,POU,都可访问,全局变量,IEC 61131,软件模型,具有,固定地址的变量,地址:输入,(I),输出,(Q) ,内存定位,(M),类型:位,(X),字节,(B),字 (,W) ,双字 (,D),例如: %,IW12, %QX1.1, %MB5,直接描述变量,IEC 61131,软件模型,所有变量被初始化,默认初始值或用户定义的初始值被分配给所有变量,使能所有任务, 开始执行任务,“,冷“ 启动,IEC 61131,软件模型,不进行变量初始化,原值被使用,使能所有任务, 开始执行任务,“,热“ 启动,IEC 61131,软件模型,字母不分大小写,(abc = Abc = ABC),语法术语关键字是敏感字母,总是大写字母,没有特殊的国家字符,限制字符设定,IEC 61131,共有特性,第一个字符不能是数字,不能连续使用多于一个的下划线,(_),允许的:,ab_c, AB_de, _AbC,不允许的: 1,abc, _abc, a_bc,头 32 个字符有意义,标识符,IEC 61131,共有特性,特殊字( 如,FUNCTION),被保留,语法术语关键字总是大写字母,你不能使用语法术语关键字作标识符,语法术语关键字,IEC 61131,共有特性,注释语用,(*,和,*),框住,可将注释语放在任何地方,但不能插在语句中,对语句表 (,IL),有些限制,注释语允许几行表示,注释语不允许嵌套,注释,IEC 61131,共有特性,不同的基本的数据类型,数据类型有整数,浮点数,位和位组,时间和日期值 和字符串,数据类型,IEC 61131,基本数据类型,类型名描述 占用内存,SINT,短整型 8,INT,整型16,DINT,双整型 32,LINT,长整型,64(not available),USINT,无符号短整型,8,UINT,无符号整型,16,UDINT,无符号双整型,32,ULINT,无符号长整型,64(not available),整型,IEC 61131,基本数据类型,允许十进制, 十六进制,(16#),八进制,(8#),和 二进制,(2#),表示,可用下划线 (_) 作单元分隔,对,INT,的十进制表示,:-123, +234, 0, 1_000,对,INT,的十六进制表示,:,16#,F1, 16#0A_1B,对,INT,的二进制表示,:2#0001_0011_0111_1111,整型表示,IEC 61131,基本数据类型,类型名描述 占用内存,REAL,实数 32,LREAL,长实数 64,浮点数类型,IEC 61131,基本数据类型,十进制小数或指数表示,1230,; 1.23,e3,;,1.23E3,和 1.23,E03,是同样的,浮点数 (实数,),表示,IEC 61131,基本数据类型,类型名描述 占用内存,TIME,时间 32,时间数据类型,IEC 61131,基本数据类型,在文字前加,TIME#, t#,或,T#,允许溢出 (例如,25,小时),使用,d,表示天, h,表示小时, m,表示分, s,表示秒和,ms,表示毫秒,可使用下划线 (_) 作单元分隔,T#2d_26h_4m_12s_123ms,持续时间表示,IEC 61131,基本数据类型,类型名 描述 占用内存,DATE,日期,32,TIME_OF_DAY,或,TOD,一天中的时间,32,DATE_AND_TIME,或,DT,日期和时间,32,日期和时间数据类型,IEC 61131,基本数据类型,用,DATE#,或,D#,表示日期,用,TIME_OF_DAY#,或,TOD#,表示一天中的时间,用,DATE_AND_TIME#,或,DT#,表示日期和时间,日期:,D#1998-12-07,表示 7,th July 1998,一天中的时间:,TOD#12:00:00.123,日期和时间,: DT#1998-12-07-12:00:00.123,日期和时间表示,IEC 61131,基本数据类型,类型名描述 占用内存,STRING,字符串 取决于字符长度(,N+1)Byte,字符串数据类型,IEC 61131,基本数据类型,用 引括字符,用 $ 插到特殊字符前,(,换行,$L, 制表,$T,等,),字符串表示,:this is a line feed character $L,空字符串: ,字符串表示,IEC 61131,基本数据类型,类型名描述 占用内存,BOOL bit 1,BYTE 8,位,8,WORD16,位,16,DWORD32,位,32,LWORD64,位 64 (,not available),位和位组数据类型,IEC 61131,基本数据类型,TRUE,或 1,FALSE,或 0,用十进制, 十六进制,八进制 或 二进制表示,字 -,WORD:234, 16#ff, 2#1001_1100_0011_1111,位和位组表示,IEC 61131,基本数据类型,根据基本数据类型或其它用户定义的数据类型建立自己 的数据类型,用一个,TYPE . END_TYPE,结构框架定义你的数据类,TYPE,myOwnReal:REAL;,END_TYPE,TYPE,myArray:ARRAY0.1000 OF BOOL;,END_TYPE,IEC 61131,派生数据类型,根据基本数据类型或其它用户定义的数据类型建立自己的 数据结构类型,用一个,STRUCT . END_STRUCT,结构框架定义你的结 构数据类型,TYPE myStruct:,STRUCT,status:BOOL;,inputValue:REAL;,END_STRUCT,END_TYPE,IEC 61131,派生数据类型,建立自己的枚举数据类型,用括弧中的变量数值定义你的枚举数据类型,TYPE Modes:,(Initialisation := 0, Running := 1, Idle, Reset, Faulty);,END_TYPE,Initialisation = 0, Running = 1.,IEC 61131,派生数据类型,数组是一个具有同样数据类型,(,基本类型或用户定义类型,),的 数值集合,允许三维数组,TYPE matrix:,ARRAY1.23, 0.1 OF INT;,END_TYPE,IEC 61131,派生数据类型,具有基本类型或用户定义类型的局部和全局变量,用一个,VAR.END_VAR,结构框架声明变量,同样数据类型的变量用逗号列出,VAR,a,b,c:REAL;,d,e:BOOL;,f:ARRAY1.12 OF BOOL;,END_VAR,IEC 61131,变量,在,程序,函数或功能块(,FB),中的,输入变量,用一个,VAR_INPUT.END_VAR,结构框架声明变量,VAR_INPUT,a,b,c:REAL;,END_VAR,IEC 61131,变量,在程序和功能块(,FB),中的,输出变量,用一个,VAR_OUTPUT.END_VAR,结构框架声明变量,VAR_OUTPUT,d,e:INT;,END_VAR,IEC 61131,变量,在程序和功能块(,FB),中的输入和,输出变量,在,POU,内部允许更改变量,用一个,VAR_IN_OUT.END_VAR,结构框架声明变量,VAR_IN_OUT,x:STRING;,END_VAR,IEC 61131,变量,全局变量,允许从所有,POU,中读写的变量,用一个,VAR_GLOBAL.END_VAR,结构框架声明变量,VAR_GLOBAL,var:UDINT;,END_VAR,IEC 61131,变量,变量属性,RETAIN:,在关电后,值被保存.并且,TwinCAT,启动,后,值恢复.,CONSTANT:,值不能被修改,AT:,变量被指配存储器位置,(,固定地址,),IEC 61131,变量,直接表示变量,以字符 % 起始,第二个字符为,I,对应 输入地址区,INPUT,Q,对应 输出地址区,OUTPUT,和,M,对应 内存地址区,MEMORY,标识符,AT,地址,:,数据类型,;,%I,%Q,%M,AT,标识符,X,B,W,D,Byte,Data type,Byte,Bit,IEC 61131,变量,直接表示变量,第三个字符为,X,对应 位,B,对应 字节,W,对应 字,D,对应 双字和,L,对应 长字,(not available).,例如:,%IB24, %QX1.1, %MW12,IEC 61131,变量,直接表示变量,地址可以交迭,%MB12,是,%MW12,的第一个字节,也是,%MD12,的第一个字节,%MX12.0,是,%MB12,的第一位,IEC 61131,变量,变量初值设定,每个变量在启动期间被赋初值,所有变量可改变默认初值,VAR,a:INT := 13;,b:STRING := this is a string;,c:REAL := 1.1;,END_VAR,IEC 61131,变量,派生数据类型变量的初值设定,结构: 用括弧和对每个成员名赋初值,VAR,a: myStruct :=,(,status := TRUE,inputValue := 2.5,);,END_VAR,IEC 61131,变量,派生数据类型变量的初值设定,数组: 使用逗号分隔设定多重初值,VAR,a: ARRAY1.10 OF INT :=,1, 2, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10;,END_VAR,IEC 61131,变量,内部数据不存储,几个输入值,一个输出值,用户定义的函数可以用各种语言编辑代码,(,除了,SFC),函数名必须是返回值的名,IEC 61131,函数,例如,FUNCTION Average:REAL,(* variable declaration *),VAR_INPUT,IN1, IN2:REAL;,END_VAR,(* code body programmed in ST *),Average,:= (IN1 + IN2)/2;,END_FUNCTION,返回值的,数据类型,返回值名,=,函数名,IEC 61131,函数,超载函数,一些函数可以处理不同的数据类型,(,调用操作),a, b:REAL;,c, d:INT;,a:= ABS(b);(*,用,REAL,作输入和输出,*),c:= ABS(d);(*,用,INT,作输入和输出,*),IEC 61131,函数,数据类型转换函数,在不同数据类型之间需转换数值, 你必需使用转换函数,a:REAL;,b:INT;,b:=REAL_TO_INT(a);,IEC 61131,函数,标准,IEC 61131-3,函数,位组,AND, OR, XOR, NOT, SHL, SHR, ROL, ROR,数学,ADD, SUB, MUL, DIV, MOD, EXPT, ABS, SQRT, LN, LOG, EXP, SIN, COS, TAN, ASIN, ACOS, ATAN,类型转换例如,BOOL_TO_BYTE, REAL_TO_DINT,选择,SEL, MIN, MAX, LIMIT, MUX,比较,GT, GE, EQ, LT, LE, NE,字符串,LEN, LEFT, RIGHT, MID, CONCAT, INSERT, DELETE, REPLACE, FIND,IEC 61131,函数,设立输入,输出和内部变量,运算法则建立新的输出和内部变量,参数被保持到下次执行,(,在存储器中),功能块例程是一个结构,包含所有输入,输出和内部变量,一个,FB,允许建立多个例程,IEC 61131,功能块,在,FB,的外部只有输入,输出和输入,/,输出变量传递参数,在其它,FB,或程序中, 以不同的编程语言使用,FB,调用,一个,FB,例程在调用的,FB/,程序中是一个变量或全局变量,FB,例程可以是对其它,FB/,程序的输入变量,IEC 61131,功能块,FUNCTION_BLOCK Counter,VAR_INPUT,Mode:INT; (* 0 = Reset, 1 = Count *),END_VAR,VAR_OUPUT,Out:INT;(* actual counter value *),END_VAR,IF Mode = 0,THEN,Out := 0;(* reset *),ELSIF Mode = 1,THEN,Out := Out + 1;,END_IF;,END_FUNCTION_BLOCK,老的计数值加 1,得到新的记数值,IEC 61131,功能块,标准,IEC 61131-3,功能块,触发器,SR, RS, SEMA,沿探测,R_TRIG, F_TRIG,记数器,CTU, CTD, CTUD,定时器,TP, TON, TOF, RTC,IEC 61131,功能块,程序可以有输入,输出,局部变量和算法的程序代码部分,不同于,FB:,程序没有例程,程序没有存储器,在程序中使用各种语言,程序由任务来调用,(TwinCAT :,可由其它程序调用,),IEC 61131,程序,PROGRAM Main,VAR,counter_1 : Counter; (* instance of FB Counter *),actCount : INT;,END_VAR,IF bfirstCycle,THEN,counter_1(Mode := 0);(* call FB with reset mode*),ELSE,counter_1(Mode := 1);(* call FB with count mode*),END_IF,actCount := counter_1.Out;(* use output variable of*) (* counter_1*),END_PROGRAM,IEC 61131,程序,用任务控制执行,执行不同循环时间的程序,指派任务的优先级,(,要求无间断运行的程序必需有最高优先级,),TwinCAT:,每个,PLC,运行核(,Runtime),有四个任务,强制优先时序,IEC 61131,任务,0,10,20,30,40,50,t (ms),任务 1 具有优先级,0,和 循环时间,10 ms,任务 2 具有优先级,1,和,循环时间,30 ms,任务 3 具有优先级,2,和 循环时间,40 ms,任务 1 中断,任务 2,任务 1 中断,任务 3,IEC 61131,任务,文本语言,结构文本,(,ST,Structured Text,),指令表 (,IL,Instruction List,),图形语言,功能块图,(,FBD,Function Block Diagram,),梯形图 (,LD,Ladder Diagram,),顺序功能图,(,SFC,Sequential Function Chart,),IEC 61131,编程语言,高级语言 (类似,PASCAL),复杂公式,(,赋值命令,),具有条件和反复陈述的流控,用制表符和注释使得编码易读,IEC 61131,结构文本 (,ST),分配值和表达式赋值,Ai := B;,Ai+1 := SIN(SQRT(Ai+3);,C := timer.Q;(* timer is an instance from FB TOF *),D := E/F + COS(Ai+1);,bFlag := X AND Y OR Z;,IEC 61131,结构文本 (,ST),条件语句,IF THEN,ELSIF THEN,ELSE,END_IF,(*,示例:*,),IF temp20 THEN,heating_on := TRUE;,ELSE,heating_on := FALSE;,END_IF;,IEC 61131,结构文本 (,ST),CASE OF, : , : ,., : ,ELSE,END_CASE;,(*,示例:*,),CASE INT1 OF,1: BOOL1 := TRUE;,BOOL2 := FALSE;,2: BOOL1 := FALSE;,BOOL2 := TRUE;,ELSE,BOOL1 := FALSE;,BOOL2 := FALSE;,END_CASE;,IEC 61131,结构文本 (,ST),循环语句,FOR ,TO,BY DO,END_FOR;,(*,示例:*,),FOR i := 1 TO 100 BY 1 DO,ai := 0;,END_FOR;,IEC 61131,结构文本 (,ST),WHILE DO,END_WHILE;,(*,示例:*,),i := 1;,WHILE i 100 DO,ai := 0;,i := i+1;,END_WHILE;,IEC 61131,结构文本 (,ST),REPEAT,UNTIL ,END_REPEAT;,(*,示例:*,),i := 1;,REPEAT,ai := 0;,i := i+1;,UNTIL i 100,END_REPEAT;,IEC 61131,结构文本 (,ST),EXIT,在,EXIT,语句被执行后,在反复循环后的下个语句将被执行,RETURN,执行了,RETURN,语句后, 当前的,POU (FB or,函数,),执行被中断,IEC 61131,结构文本 (,ST),调用功能块,例子,VAR,timer:TOF;,out:BOOL;,END_VAR,timer(IN:= TRUE, PT:= T#1s);,.,timer (IN:= FALSE);,out := timer.Q;,IEC 61131,结构文本 (,ST),低级语言(类似汇编程序),面向累加器的,每行只允许一个操纵,如存储一个值到累加寄存器,用跳转和标号控制流程,注释在每行的后面,IEC 61131,指令表,(IL),标号,操作符 操作数 注释,LDTRUE(* load TRUE *),STvar1(* store in var1 *),JMPClabel1(* jump conditional*),LDFALSE(* load FALSE *),STvar2(* store var 2*),label1:LD12(* load int literal*),ADDvar4(* add *),STvar3(* store var3*),IEC 61131,指令表,(IL),调用函数和功能块,使用,CAL,操作,IEC 61131,指令表,(IL),三种方法调用,FB:,使用输入一个列表,CAL FB1(in := TRUE, mode := 4),在调用前装填输入,LDTRUE,ST FB1.in,LD 4,ST FB1.mode,CALFB1,使用输入参数,只适用于标准,FB,使用标准变量名,(,例如,. counter-up,的输入变量,CU,),IEC 61131,指令表,(IL),操作符,操作数,有条件跳转,标号,IEC 61131,指令表,(IL),图形表示,FB,函数和程序以及它们的相互关联图,全图形式,块图,“,线连“ 在一起,允许跳转和返回,IEC 61131,功能图,(FBD),行号,段注释,函数,分配值,IEC 61131,功能图,(FBD),继电器梯形图,利于复杂的,AND,和,OR,逻辑网图,基于,US,编程形式,左端垂直电源线连带触点和线圈,触点表示布尔变量,允许跳转返回,IEC 61131,梯形图 (,LD),行号,触点,调用功能块,左电源线,右电源线,线圈,IEC 61131,梯形图 (,LD),描述复杂的序列的,语言,具有 动作,和 转移 的状态系统,通过划分成小部分来编复杂的部分,每个单元,(,动作-,action,转移-,transition),可以用任何,IEC,语言编程,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),步骤,表示流程的一个状态,特殊步骤,:,初始化步骤,转移,条件, 当为,TRUE,时, 下一步骤激活,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),选择性: 分枝和合并,在所有选择性路径的转移指定是否这个路径被选择,转移在选择性路径的末端,从左到右优先,同步性: 分枝和合并,在所有同步路径上的所有步骤同时起动,在末端有一个转移,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),初始化步骤,普通步骤,转移,选择性分枝,选择性合并,同步性分枝,同步性合并,跳转,动作,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),Init.X,Step1.X,Step2.X,a,b,c,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),步骤 (,step),普通步骤有步骤名,初始化步骤,每个图只用一个,激活标记用,.X,释放时间用,.T,转移 (,transition),带有布尔结果的变量, 语句 或,ST,表达式,动作 (,action),用所有5种语言编程,使用限定控制执行,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),N, None,不存储,R,复位一个存储动作,S,设定一个动作 (存储,),L,时间限制动作,在给定的周期后停止,D,时间延迟动作,在给定的周期后启动,P,脉冲动作,步骤激活时动作一次和步骤失效时动作一次,SD,存储和时间延迟,在给定的周期后设定,DS,动作被延迟和存储,SL,存储和时间限制,动作限定,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),动作限定,Init.X,Step1.X,Step2.X,Action1,Action2,set,reset,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),动作限定,Action1,Action2,c,Step2.X,2,s,2,s,1,s,1,s,IEC 61131,功能流程图 (,SFC),谢谢大家!,
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