CN116404946A - 最小能耗确定方法、装置、系统及控制器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例一种最小能耗确定方法，包括建立最小能耗数据库，所述最小能耗数据库记录在特定应用场景和特定电机参数下，所述电机具有最小能耗的变频器控制参数；对当前应用场景及当前电机参数，在所述最小能耗数据库中进行匹配；依据匹配到的记录中的所述变频器控制参数启动所述变频器并运行所述能耗系统。通过该方法的最小能耗确定方法，可以得到不同应用场景下的最小能耗数据的变频器控制参数，以对变频器进行控制，从而实现系统的最小能耗。该方法缩减了调试时间，以及调试的人力成本。本申请还提供一种最小能耗确定装置、系统以及控制器。

Description

最小能耗确定方法、装置、系统及控制器

技术领域

本申请实施例涉及变频器控制领域，尤其涉及最小能耗确定方法、装置、系统及控制器。

背景技术

由于国家对节能减排的高度重视，节能是每个企业必须要面临而又需要解决的问题，尤其在一些大量使用而能耗比较高的场景，如：风机、泵类的调速控制。由于应用不同，变频器驱动异步电动机很难使得风机或泵类工作在最佳节能状态。即使有经验的调试工程师通过对应用的理解，以及对电机参数、负载特性等的研究，能够调出一组变频器数据，使得风机或泵工作在最小能耗状态。但由于缺少必要的方法和手段，调试工程师需要针对每个应用、每台设备、每台变频器等进行逐个调试，才能找出一最优变频器控制参数，达到最小能耗的要求。而这样设备的数量巨大，所以，调试需要花费大量的时间和人力成本。而且，由于工程师的能力差异很大，所以，绝大多数风机泵都不是工作在最小能耗状态，造成能源的极大浪费，也造成国家资源的巨大浪费。

目前，大多数厂家都是强调采用节能电机或节能风机泵来降低能耗，这种方法的缺点：一是增加硬件成本，二是节约能耗有限，相比较整个系统的节能，权重太小。也有极少数厂家想到通过改变变频器的一些参数来降低整个设备的系统能耗，或者有一些内置的节能模式，其实这些方法的出发点是好的，但过于通用，并不能根据实际应用、负载情况、电机参数等具体情况，分别给出变频器对应的最优参数，使设备工作在最小能耗状态，从而造成能源的较大的浪费。

发明内容

本申请实施例提供了一种最小能耗确定方法、装置、系统及控制器，以至少部分解决上述问题。

根据本申请的一个方面，提供一种最小能耗确定方法，包括：

建立最小能耗数据库，所述最小能耗数据库记录在特定应用场景和特定电机参数下，所述电机具有最小能耗的变频器控制参数；

对当前应用场景及当前电机参数，在所述最小能耗数据库中进行匹配；

依据匹配到的记录中的所述变频器控制参数启动所述变频器并运行所述能耗系统。

根据本申请一种实施例，所述建立最小能耗数据库的步骤进一步包括：

对于当前应用场景及当前电机参数，使所述变频器以第一控制参数控制所述电机使其以第一速度运转；

获取所述第一控制参数下的第一电机总功率；

调整所述变频器控制参数为第二控制参数，以所述第二控制参数控制所述电机，使其保持以所述第一速度运转，获取所述第二控制参数下的第二电机总功率；

比较所述第一电机总功率和所述第二电机总功率；

将所述第一电机总功率和所述第二电机总功率中较小一方对应的所述变频器控制参数及其对应的所述应用场景和所述电机参数作为一条记录，存入所述最小能耗数据库；以及，

重复执行所述步骤“调整所述变频器控制参数为第二控制参数，以所述第二控制参数控制所述电机，使其保持以所述第一速度运转，获取所述第二控制参数下的第二电机总功率；”至所述步骤“将所述第一电机总功率和所述第二电机总功率中较小一方对应的所述变频器控制参数及其对应的所述应用场景和所述电机参数作为一条记录，存入所述最小能耗数据库”。

根据本申请另一种实施例，所述根据当前应用场景及当前电机参数，在所述最小能耗数据库中进行匹配的步骤还包括：如在所述最小能耗数据库中未找到匹配的记录，则对于当前所述应用场景及当前所述电机参数，重复执行上述实施例中的步骤。

根据本申请又一实施例，所述应用场景包括终端设备类型以及所述终端设备的工作工况，所述变频器控制参数包括电机转速、电机输出功率、输出力矩、输出电流、斜坡时间中的至少一种，所述电机参数包括电机额定电流、电机额定电压、电机额定功率、电机额定转速、电机功率因数中的至少一种。

根据本申请又一实施例，所述方法适用于包括一台或者两台或者多台所述变频器的所述能耗系统。

根据本发明的第二方面，提供一种最小能耗确定装置，该装置包括最小能耗数据库建立模块、数据库匹配模块以及使用控制模块：其中，最小能耗数据库建立模块用于建立最小能耗数据库，最小能耗数据库记录在特定应用场景和特定电机参数下，电机具有最小能耗的变频器控制参数；数据匹配模块用于对当前应用场景及当前电机参数，在最小能耗数据库中进行匹配；使用控制模块依据匹配到的记录中对应的变频器控制参数启动变频器。

根据本申请另一种实施例中，最小能耗数据库建立模块进一步包括初始设置模块、第一获取模块、第二获取模块、比较模块、存储模块以及重复执行模块；其中，初始参数控制模块对于当前应用场景及当前电机参数，将变频器以第一控制参数控制电机，以使电机以第一速度运转；第一获取模块用于获取第一控制参数下的第一电机总功率；第二获取模块用于调整变频器控制参数为第二控制参数，以第二控制参数控制电机，使其保持以第一速度运转，获取第二控制参数下的第二电机总功率；比较模块用于比较第一电机总功率和第二电机总功率；存储模块用于将第一电机总功率和第二电机总功率中较小一方对应的变频器控制参数及其对应的应用场景和电机参数作为一条记录，存入最小能耗数据库；重复执行模块用于重复地依次调用第二获取模块、比较模块和存储模块。

根据本申请另一种实施例中，数据库匹配模块进一步包括数据库优化模块，数据库优化模块用于在最小能耗数据库中未找到匹配的记录时，依次调用初始设置模块、第一获取模块、第二获取模块、比较模块、存储模块和重复执行模块。

根据本发明的第三方面，提供一种控制器，包括处理器以及存储程序的存储器，其中，程序包括指令，指令在由处理器执行时使处理器执行上述方法实施例的最小能耗确定方法。

根据本发明的第四方面，提供一种最小能耗确定系统，包括终端、电机、变频器以及上述实施例的控制器，其中，电机与终端连接，变频器与电机连接，控制器与变频器连接。

基于本方案的最小能耗控制方法、装置、系统及控制器，通过首先建立最小能耗数据库，该最小能耗数据库为通过对于特定应用场景、特定电机参数下的电机所具有的最小能耗进行测试，记录下该应用场景、该电机参数下电机具有最小能耗的变频器控制参数，之后，将当前的应用场景与当前的电机参数与最小能耗数据库中的记录的应用场景、电机参数进行匹配，当成功匹配上后，即可使用该匹配上数据所记录的变频器控制参数对变频器进行控制并运行系统，进而使得系统能耗达到最小；该方法减少了调试时间和调试的人力成本，尤其是对于设备数量较大的时候，效果更为明显；此外，本方法可以通过数据迭代不断丰富完善最小能耗数据库，从而使得本申请的方法适用的应用范围更广、更准确。

附图说明

以下附图仅旨在于对本申请做示意性说明和解释，并不限定本申请的范围。

图1示出了根据本申请实施例的最小能耗确定方法所适用的能耗系统的结构示意图；

图2示出了根据本申请一种实施例的最小能耗确定方法的示意流程图；

图3示出了根据本申请一种实施例的最小能耗确定方法中步骤S100的具体步骤；

图4为根据本申请一个实施例的最小能耗确定装置的结构示意图；

S100建立最小能耗数据库，所述最小能耗数据库表征在特定应用场景、特定电机参数下的电机具有最小能耗的变频器控制参数；

S200根据当前应用场景及当前电机参数，在所述最小能耗数据库中进行数据匹配；

S300依据匹配的所述数据启动变频器并运行所述能耗系统；

S110对于当前应用场景及当前电机参数，使所述变频器以第一控制参数控制所述电机使其以第一速度运转；

S120获取所述第一控制参数下的第一电机总功率；

S130调整所述变频器控制参数为第二控制参数，以所述第二控制参数控制所述电机，使其保持以所述第一速度运转，获取所述第二控制参数下的第二电机总功率；

S140比较所述第一电机总功率和所述第二电机总功率；

S150将所述第一电机总功率和所述第二电机总功率中较小一方对应的所述变频器控制参数及其对应的所述应用场景和所述电机参数作为一条记录，存入所述最小能耗数据库；

10终端20电机30变频器

40控制器50最小能耗确定装置100最小能耗数据库建立模块

200数据库匹配模块300使用控制模块

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。

为了便于理解，且更加清楚地说明有益效果，在对本申请的最小能耗确定方法进行说明之前，首先对本申请最小能耗确定方法所适用的能耗系统进行简略说明。

图1示出了根据本申请实施例的最小能耗确定方法所适用的能耗系统的结构示意图；如图1所示，能耗系统包括终端10、电机20、变频器30和控制器40，其中控制器40与变频器30连接，变频器30与电机20连接，电机20与终端10连接，其中，控制器40例如采用PLC或更高级的上位机控制系统，变频器30采用西门子通用型变频器，控制器40和变频器30之间采用PN总线通讯或其他总线通讯，电机20采用普通三相异步电动机，电机20与变频器30之间通过电缆直接连接，控制器40通过总线通讯的方式，获得变频器30的运行状态和电机20实际数据，终端10例如为风机或泵。

根据以上能耗系统所使用的应用场景不同，要求终端以一定的速度曲线运转。为了达到这个要求，需要把终端的运行速度转化为变频器的参数，通过变频器控制电机的运转，从而实现终端的运转。而为了实现最小能耗，就需要根据不同的应用场景，对变频器的参数进行调整。

图2示出了根据本申请一种实施例的最小能耗确定方法的示意流程图；

如图2所示，根据本申请一种实施例的最小能耗确定方法包括：

S100建立最小能耗数据库，最小能耗数据库表征在特定应用场景、特定电机参数下的电机具有最小能耗的变频器控制参数；

S200根据当前应用场景及当前电机参数，在最小能耗数据库中进行数据匹配；

S300依据匹配的数据启动变频器并运行能耗系统。

在步骤S100中，建立最小能耗数据库，该最小能耗数据库例如设置在PLC系统或者更高级上位机系统的控制器的数据存储单元中，其存储形式包括文本、EXCEL表格或者关系数据库的数据表格等，在此不做严格限制；

能耗数据库中建立以应用场景、电机参数等进行分类的关键词，或者建立以应用场景、电机参数等进行分类的字段等。

具体的，应用场景包括终端设备类型以及终端设备的工作工况，例如终端设备为80KW风机或者45KW泵中的任意一种，工作工况为风机或泵的工作频率，例如功率45kW水泵，运行在35Hz的工况下。

电机参数包括电机额定电流、电机额定电压、电机额定功率、电机额定转速、电机功率因数中的至少一种；

变频器控制参数包括电机转速、电机输出功率、输出力矩、输出电流、斜坡时间中的至少一种等电机优化参数的至少一种。

通过建立最小能耗数据库，方便对应用场景、电机参数进行分类，并将分类的特定应用场景、特定电机参数下的最小能耗数据的变频器控制参数进行记录，从而用于后续的数据匹配。

其中，建立最小能耗数据库的步骤S100进一步可以包括：

S110对于当前应用场景及当前电机参数，使变频器以第一控制参数控制电机使其以第一速度运转；

根据应用场景和其中包括的工况要求，通过控制器向变频器输入第一控制参数，变频器进一步驱动电机运行使其满足以第一速度运转。

S120获得第一控制参数下的第一电机总功率；

具体的，使电机以设定的第一速度驱动终端运转，并保持一定时间，例如1个小时，可通过变频器参数读取输出功率；或者通过控制系统采集电机电流、电压等数据，记录电机在该时间段内的电机能耗后进行读取，从而得出在该应用场景和电机参数下，以第一控制参数控制电机运行所得到的电机的总功率，记为第一电机总功率；此时，得到的总功率默认包括有功功率和无功功率。

S130调整变频器控制参数为第二控制参数，以第二控制参数控制电机，使其保持以第一速度运转，获得第二控制参数下的第二电机总功率；

调整变频器控制参数为第二控制参数控制电机运行，例如，对变频器控制参数中的一项或者几项进行更改，并运行电机，要求此时电机轴的输出速度仍然为第一速度，如果不为第一速度，则进一步更改变频器的控制参数，直至电机轴的输出速度为第一速度；使电机以该第一速度再次运转与得到第一电机总功率时电机的运转时间，重新获得该时间段内的电机总能耗，记为第二电机总功率；

S140比较第一电机总功率和第二电机总功率；

S150将第一电机总功率和第二电机总功率中较小一方对应的变频器控制参数及其对应的应用场景和电机参数作为一条记录，存入最小能耗数据库；

对于最小能耗数据库中已存在对应的应用场景和电机参数的数据记录时，将获得的较小的电机能耗所对应的变频器控制参数，例如第一控制参数或者第二控制参数，覆盖到变频器控制参数字段中。

重复执行步骤S130至步骤S150。以此，不断地完善最小能耗数据库，为后续使用最小能耗数据库提供更加准确的数据准备。

可以看到，基于以上实施例的最小能耗确定方法，通过首先建立最小能耗数据库，该最小能耗数据库通过对于特定应用场景、特定电机参数下的电机所具有的最小能耗进行批量测试，记录下该应用场景、该电机参数下电机具有最小能耗的变频器控制参数，之后，将当前的应用场景与当前的电机参数与最小能耗数据库中的记录的应用场景、电机参数进行匹配，当成功匹配上后，即可使用该匹配上数据所记录的变频器控制参数对变频器进行控制并运行系统，进而使得系统能耗达到最小。且，以上实施例的方法中，通过循环执行测试、比较、更新记录的步骤，持续地对最小能耗数据进行优化，使其使用范围更加广泛，更为准确。

在本申请另一实施例中，获得第一电机总功率后，调整参数获得相同电机速度下的第二电机总功率，继续调整变频器控制参数，获得相同电机速度下的第三电机总功率、相同电机速度下的第四电机总功率……将获得的第一电机总功率、第二电机总功率、第三电机总功率、第四电机总功率等同时进行比较，一次性获得该电机速度下的最小电机总功率，记录该变频器控制参数。

根据本申请的又一实施例，步骤S200中进一步可以包括：在最小能耗数据库中查询是否存在与当前应用场景与当前电机参数一致的数据记录；此处的当前应用场景与当前电机参数，必须为同时满足一致才可用于数据匹配。

进一步的，如果未找到匹配的数据，则对于当前应用场景及当前电机参数，重复执行步骤S110至步骤S150。这样，可以实现对当前应用场景和当前电机参数下电机具有最小能耗的变频器控制参数的记录，进一步丰富了最小能耗数据库中的数据涵盖面，使得其应用更为广泛。

在步骤S300中，在检查当前应用场景及当前电机参数已存在于最小能耗数据库中后，利用数据库匹配的数据对应的变频器控制参数，直接将参数输入到变频器，或通过控制器传输到变频器中，然后使变频器以该参数启动并运行整个能耗系统。此时，整个能耗系统就可以工作在最小能耗状态。

在一种可能的实现方式中，适用于包括一台或者多台变频器的能耗系统。

对于能耗系统包括多台变频器的情况，例如，包括两台变频器，每一个变频器依次连接一个电机和对应的终端，此时，只需对于每一个变频器所在的包括变频器、电机、终端的子系统采用如上面实施例中的步骤S100至S300，找到其各自的最小能耗数据记录，以其最小能耗数据记录所对应的变频器控制参数来对该变频器进行输入并控制其连接的电机，即可整体上实现该能耗系统的能耗最小值。

第二方面

根据本申请的第二方面，提供一种最小能耗确定装置，该装置包括最小能耗数据库建立模块100、数据库匹配模块200以及使用控制模块300：其中，最小能耗数据库建立模块100用于建立最小能耗数据库，最小能耗数据库记录在特定应用场景和特定电机参数下，电机具有最小能耗的变频器控制参数；数据匹配模块200用于对当前应用场景及当前电机参数，在最小能耗数据库中进行匹配；使用控制模块300依据匹配到的记录中对应的变频器控制参数启动变频器。

基于以上，在另一种实施例中，最小能耗数据库建立模块100进一步包括初始设置模块、第一获取模块、第二获取模块、比较模块、存储模块以及重复执行模块；其中，初始参数控制模块对于当前应用场景及当前电机参数，将变频器以第一控制参数控制电机，以使电机以第一速度运转；第一获取模块用于获取第一控制参数下的第一电机总功率；第二获取模块用于调整变频器控制参数为第二控制参数，以第二控制参数控制电机，使其保持以第一速度运转，获取第二控制参数下的第二电机总功率；比较模块用于比较第一电机总功率和第二电机总功率；存储模块用于将第一电机总功率和第二电机总功率中较小一方对应的变频器控制参数及其对应的应用场景和电机参数作为一条记录，存入最小能耗数据库；重复执行模块用于重复地依次调用第二获取模块、比较模块和存储模块。

在另一种实施例中，数据库匹配模块200进一步包括数据库优化模块，数据库优化模块用于在最小能耗数据库中未找到匹配的记录时，依次调用初始设置模块、第一获取模块、第二获取模块、比较模块、存储模块和重复执行模块。

第三方面

根据本申请的第三方面，提供一种控制器，包括处理器以及存储程序的存储器，其中，程序包括指令，指令在由处理器执行时使处理器执行上述方法实施例的最小能耗确定方法。

第四方面

根据本申请实施例的第四方面，还提供一种最小能耗确定系统，包括终端10、电机20、变频器30以及上述实施例的控制器40，其中，电机20与终端10连接，变频器30与电机20连接，控制器40与变频器30连接。

本申请实施例中的最小能耗确定装置、控制器以及最小能耗确定系统，与前述的最小能耗确定方法基于同一发明构思，该最小能耗确定装置、控制器以及最小能耗确定系统及其各可选实施例的相关有益效果，与前述第一方面的最小能耗确定方法中对应的各实施例的有益效果也相同，因此可以按照前文的最小能耗确定方法的实施例进行理解，在此不再进行赘述。

应当理解，本申请的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本申请的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。需要注意，本申请中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

应当理解，在本申请实施例中所使用的类似于“第一”、“第二”、“第一”或“第二”的表述可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将部件与其它部件区分开的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种最小能耗确定方法，适用于包括终端、电机、变频器和控制器的能耗系统，其中，所述电机与所述终端连接，所述变频器与所述电机连接，所述控制器与所述变频器连接，所述方法包括：

S100建立最小能耗数据库，所述最小能耗数据库记录在特定应用场景和特定电机参数下，所述电机具有最小能耗的变频器控制参数；

S200对当前应用场景及当前电机参数，在所述最小能耗数据库中进行匹配；

S300依据匹配到的记录中的所述变频器控制参数启动所述变频器并运行所述能耗系统。

2.根据权利要求1所述的一种最小能耗确定方法，所述建立最小能耗数据库的步骤S100进一步包括：

S110对于当前应用场景及当前电机参数，使所述变频器以第一控制参数控制所述电机使其以第一速度运转；

S120获取所述第一控制参数下的第一电机总功率；

S130调整所述变频器控制参数为第二控制参数，以所述第二控制参数控制所述电机，使其保持以所述第一速度运转，获取所述第二控制参数下的第二电机总功率；

S140比较所述第一电机总功率和所述第二电机总功率；

S150将所述第一电机总功率和所述第二电机总功率中较小一方对应的所述变频器控制参数及其对应的所述应用场景和所述电机参数作为一条记录，存入所述最小能耗数据库；

重复执行所述步骤S130至步骤S150。

3.根据权利要求2所述的一种最小能耗确定方法，所述根据当前应用场景及当前电机参数，在所述最小能耗数据库中进行匹配的步骤S200还包括：

如在所述最小能耗数据库中未找到匹配的记录，则对于当前所述应用场景及当前所述电机参数，重复执行所述步骤S110至步骤S150。

4.根据权利要求1所述的一种最小能耗确定方法，所述应用场景包括终端设备类型以及所述终端设备的工作工况，所述变频器控制参数包括电机转速、电机输出功率、输出力矩、输出电流、斜坡时间中的至少一种，所述电机参数包括包括电机额定电流、电机额定电压、电机额定功率、电机额定转速、电机功率因数中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种最小能耗确定方法，适用于包括一台或者两台或者多台所述变频器的所述能耗系统。

6.一种最小能耗确定装置(50)，其特征在于，包括：

最小能耗数据库建立模块(100)，所述最小能耗数据库建立模块(100)用于建立最小能耗数据库，所述最小能耗数据库记录在特定应用场景和特定电机参数下，电机具有最小能耗的变频器控制参数；

数据库匹配模块(200)，所述数据匹配模块(200)用于对当前应用场景及当前电机参数，在所述最小能耗数据库中进行匹配；

使用控制模块(300)，所述使用控制模块(300)依据匹配到的记录中对应的所述变频器控制参数启动变频器。

7.根据权利要求6所述的最小能耗确定装置(50)，其特征在于，所述最小能耗数据库建立模块(100)进一步包括：

初始设置模块，所述初始参数控制模块对于当前应用场景及当前电机参数，将所述变频器以第一控制参数控制所述电机，以使所述电机以第一速度运转；

第一获取模块，所述第一获取模块用于获取所述第一控制参数下的第一电机总功率；

第二获取模块，所述第二获取模块用于调整所述变频器控制参数为第二控制参数，以所述第二控制参数控制所述电机，使其保持以所述第一速度运转，获取所述第二控制参数下的第二电机总功率；

比较模块，所述比较模块用于比较所述第一电机总功率和所述第二电机总功率；

存储模块，所述存储模块用于将所述第一电机总功率和所述第二电机总功率中较小一方对应的所述变频器控制参数及其对应的所述应用场景和所述电机参数作为一条记录，存入所述最小能耗数据库；

重复执行模块，所述重复执行模块用于重复地依次调用所述第二获取模块、所述比较模块和所述存储模块。

8.根据权利要求7所述的最小能耗确定装置，其特征在于，所述数据库匹配模块(200)进一步包括数据库优化模块，所述数据库优化模块用于在所述最小能耗数据库中未找到匹配的记录时，依次调用所述初始设置模块、所述第一获取模块、所述第二获取模块、所述比较模块、所述存储模块和所述重复执行模块。

9.一种控制器(40)，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储程序的存储器，其中，所述程序包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求1-权利要求5中任一项所述的最小能耗确定方法。

10.一种最小能耗确定系统，其特征在于，包括终端(10)、电机(20)、变频器(30)以及如权利要求9所述的一种控制器(40)，其中，所述电机(20)与所述终端(10)连接，所述变频器(30)与所述电机(20)连接，所述控制器(40)与所述变频器(30)连接。

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