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文檔簡介

1、第第2 2章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)范例計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)范例溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作過程系統(tǒng)工作過程 溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 本章以一個溫度控制系統(tǒng)為例,簡單介紹一下系統(tǒng)的硬本章以一個溫度控制系統(tǒng)為例,簡單介紹一下系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu),以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。件、軟件結(jié)構(gòu),以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。 本章所介紹系統(tǒng)是應(yīng)用研華公司的本章所介紹系統(tǒng)是應(yīng)用研華公司的多功能數(shù)據(jù)采集卡多功能數(shù)據(jù)采集卡PCL-818L(模擬量輸入)(模擬量輸入)和康拓公司和康拓公司32路光隔開關(guān)量功放輸路光隔開關(guān)量功放輸出卡出卡IPC5373來完成帶夾套鍋爐的溫度信號的采集與控制。來完成帶

2、夾套鍋爐的溫度信號的采集與控制。要求:要求: 設(shè)計(jì)一套完整的計(jì)算機(jī)溫度測控系統(tǒng),可以實(shí)時檢測當(dāng)設(shè)計(jì)一套完整的計(jì)算機(jī)溫度測控系統(tǒng),可以實(shí)時檢測當(dāng)前溫度,并進(jìn)行溫度的實(shí)時控制,以達(dá)到所期望的溫度值,前溫度,并進(jìn)行溫度的實(shí)時控制,以達(dá)到所期望的溫度值,測溫范圍:測溫范圍:0100,控制精度為,控制精度為0.5。2.1 2.1 溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用采用鉑熱電阻鉑熱電阻Pt100溫度傳感器進(jìn)行溫度測量;溫度傳感器進(jìn)行溫度測量;選擇選擇AI-808A人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器作為溫度變送器;作為溫度變送器;通過研華的通過研華的接線端子接線端子PCLD8115將測量的模擬信

3、號接入將測量的模擬信號接入數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡PCL-818L進(jìn)行進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換,然后輸入,然后輸入研華工控機(jī)研華工控機(jī)IPC-610H;處理后的數(shù)字量通過處理后的數(shù)字量通過康拓開關(guān)量功放輸出卡康拓開關(guān)量功放輸出卡IPC5373驅(qū)動低壓繼電器;驅(qū)動低壓繼電器;繼電器帶動交流接觸器繼電器帶動交流接觸器,實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)電加熱絲或是冷卻泵電加熱絲或是冷卻泵的通電與斷電控制,的通電與斷電控制,從而實(shí)現(xiàn)對被控對象(帶夾套鍋爐)的溫度進(jìn)行升溫和降溫處理。從而實(shí)現(xiàn)對被控對象(帶夾套鍋爐)的溫度進(jìn)行升溫和降溫處理。2.1.1 2.1.1 控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī) 這里選用的是研華這里選用的是研華IPC-610H工

4、控機(jī)(見圖工控機(jī)(見圖2.2)及配套設(shè)備,)及配套設(shè)備,其主要特點(diǎn)是:其主要特點(diǎn)是:4U(17.78CM )高,支持高,支持14槽背板;前置槽背板;前置USB/PS2接口;能抗沖擊、振蕩,并且能在高溫下穩(wěn)定工作;支持接口;能抗沖擊、振蕩,并且能在高溫下穩(wěn)定工作;支持ATX母板母板(7個擴(kuò)展槽)和個擴(kuò)展槽)和400W PFC電源電源(Power Factor Correction );它;它通過插入總線插槽的模擬輸入板卡輸入被控對象的檢測參數(shù),按照通過插入總線插槽的模擬輸入板卡輸入被控對象的檢測參數(shù),按照應(yīng)用程序自動地進(jìn)行信息處理、分析和計(jì)算,并作出相應(yīng)的控制決應(yīng)用程序自動地進(jìn)行信息處理、分析和

5、計(jì)算,并作出相應(yīng)的控制決策或調(diào)節(jié),通過插入總線插槽的輸出板卡及時發(fā)出控制命令,實(shí)現(xiàn)策或調(diào)節(jié),通過插入總線插槽的輸出板卡及時發(fā)出控制命令,實(shí)現(xiàn)對象的實(shí)時控制。對象的實(shí)時控制。2.1.2 2.1.2 傳感器傳感器 傳感器選用鉑熱電阻傳感器選用鉑熱電阻Pt100溫度傳感器,溫度傳感器,0C時標(biāo)稱值為時標(biāo)稱值為100,它,它的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長,的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長,100C時標(biāo)稱值約為時標(biāo)稱值約為138.5。熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示:。熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示: Rt=Rt01+(t-t0)式中,式中,Rt為溫度

6、為溫度t時的阻值;時的阻值;Rt0為溫度為溫度t0(通常(通常t0=0C)時對應(yīng)電阻值;)時對應(yīng)電阻值;為溫度系數(shù)。為溫度系數(shù)。熱電阻三線制接線圖熱電阻三線制接線圖2.1.3 2.1.3 溫度變送器溫度變送器熱電阻與變送器間接線圖熱電阻與變送器間接線圖 選擇選擇AI-808A人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器作為與人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器作為與Pt100相對應(yīng)的溫度變送器,具體接線如圖所示。相對應(yīng)的溫度變送器,具體接線如圖所示。 其中其中AI-808A的參數(shù)設(shè)置如下:的參數(shù)設(shè)置如下:HIAL(測量上限):(測量上限):100;LoAL(測量下限):(測量下限):0;dHAL(正偏差報(bào)警限值):(正偏差報(bào)警限值):5

7、.0;dLAL(負(fù)偏差報(bào)警限值):(負(fù)偏差報(bào)警限值):5.0;Ctrl(控制方式采用位式調(diào)節(jié)):(控制方式采用位式調(diào)節(jié)):0;Sn(選定輸入為(選定輸入為Pt100):):21;DIP(顯示格式為(顯示格式為000.0,小數(shù)點(diǎn)在十位):,小數(shù)點(diǎn)在十位):1;DIL(輸入下限顯示值):(輸入下限顯示值):0;dIH(輸入上限顯示值):(輸入上限顯示值):100;OP1(選擇(選擇420mA線性電流輸出):線性電流輸出):4;Addr(輸出下限為(輸出下限為4mA):):40;bAud(定義變送輸出電流上限為(定義變送輸出電流上限為20mA):):200;run(確定儀表為自動調(diào)節(jié)狀態(tài)):(確定儀

8、表為自動調(diào)節(jié)狀態(tài)):1;Loc(儀表選擇為可設(shè)置全部參數(shù)及給定):(儀表選擇為可設(shè)置全部參數(shù)及給定):808。2.1.4 2.1.4 輸入輸入/ /輸出板卡輸出板卡(1)多功能數(shù)據(jù)采集卡)多功能數(shù)據(jù)采集卡PCL-818L PCL-818L是基于是基于ISA總線的一款高性能、高速多功能數(shù)據(jù)采集卡??偩€的一款高性能、高速多功能數(shù)據(jù)采集卡。主要具有以下特點(diǎn):主要具有以下特點(diǎn): 16路單端或路單端或8路差分模擬量輸入;路差分模擬量輸入; 12位位A/D轉(zhuǎn)換器,帶轉(zhuǎn)換器,帶DMA的自動通道增益掃描;的自動通道增益掃描; 每個輸入通道的增益可編程,包括每個輸入通道的增益可編程,包括0.5,1,2,4,8;

9、 板上帶有一個板上帶有一個1K的采樣的采樣FIFO(先入先出)緩沖器和可編程中斷;(先入先出)緩沖器和可編程中斷; 16路數(shù)字量輸入及路數(shù)字量輸入及16路數(shù)字量輸出;路數(shù)字量輸出; 軟件可選擇模擬量輸入范圍,雙極性:軟件可選擇模擬量輸入范圍,雙極性:0.625V,1.25V,2.5V,5V,10V;單極性:;單極性:01.25V,02.5V,05V,010V; 2通道通道12位多路切換模擬輸出,位多路切換模擬輸出,1通道通道16位通用定時位通用定時/計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。PCLD8115PCLD8115接線端子及其與接線端子及其與PCL-818LPCL-818L連接圖如圖連接圖如圖2.52.5所示。

10、所示。(a)PCLD8115(a)PCLD8115接線端子接線端子 (b)(b)接線端子及與接線端子及與PCL-818LPCL-818L連接圖連接圖(2 2)光隔開關(guān)量功放輸出板)光隔開關(guān)量功放輸出板IPC5373IPC5373 光隔開關(guān)量功放輸出板光隔開關(guān)量功放輸出板IPC5373是一塊通用光電隔離型的開關(guān)量是一塊通用光電隔離型的開關(guān)量輸出板,如圖輸出板,如圖2.6所示。它包括所示。它包括32路開關(guān)量輸出路開關(guān)量輸出,可以實(shí)現(xiàn),可以實(shí)現(xiàn)PC總線與總線與被測工業(yè)設(shè)備或數(shù)字儀器之間完全的電隔離,隔離電壓被測工業(yè)設(shè)備或數(shù)字儀器之間完全的電隔離,隔離電壓2500Vrms(root mean squa

11、re 即即“均方根值均方根值”的縮寫,的縮寫,Vrms有效值),以消有效值),以消除公共地線和電源的干擾,從而使工業(yè)設(shè)備和微機(jī)系統(tǒng)可靠工作;除公共地線和電源的干擾,從而使工業(yè)設(shè)備和微機(jī)系統(tǒng)可靠工作;此外它還具有較強(qiáng)的輸出驅(qū)動能力和電平轉(zhuǎn)換能力,此外它還具有較強(qiáng)的輸出驅(qū)動能力和電平轉(zhuǎn)換能力,采用達(dá)林頓管采用達(dá)林頓管功放集電極開路輸出,負(fù)載電源功放集電極開路輸出,負(fù)載電源540V,驅(qū)動電流單路最大,驅(qū)動電流單路最大200mA,每片達(dá)林頓管負(fù)載電流最大每片達(dá)林頓管負(fù)載電流最大500mA,可直接驅(qū)動繼電器、電磁閥等,可直接驅(qū)動繼電器、電磁閥等;占用占用4個連續(xù)口地址:個連續(xù)口地址:154H-157H;

12、各輸出信號具有鎖存功能,上電;各輸出信號具有鎖存功能,上電復(fù)位清零;用戶接口為復(fù)位清零;用戶接口為40芯扁平電纜插座。芯扁平電纜插座。2.1.5 2.1.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號,并把它轉(zhuǎn)換成執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號,并把它轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作,使被控對象按預(yù)先規(guī)定的要求進(jìn)行調(diào)整,保證其正常運(yùn)行,機(jī)構(gòu)的動作,使被控對象按預(yù)先規(guī)定的要求進(jìn)行調(diào)整,保證其正常運(yùn)行,即控制生產(chǎn)過程。即控制生產(chǎn)過程。 常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有各種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有各種電動、液動及氣動開關(guān),電液伺服閥,交直電動、液動及氣動開關(guān),電液伺服閥,交直流電動機(jī),步進(jìn)電機(jī),各種有觸點(diǎn)

13、和無觸點(diǎn)開關(guān)、電磁閥等流電動機(jī),步進(jìn)電機(jī),各種有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)開關(guān)、電磁閥等。在系統(tǒng)設(shè)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需根據(jù)系統(tǒng)的要求來選擇。計(jì)中需根據(jù)系統(tǒng)的要求來選擇。 本系統(tǒng)中主要根據(jù)當(dāng)前的溫度對被控對象進(jìn)行加熱或降溫處理,所本系統(tǒng)中主要根據(jù)當(dāng)前的溫度對被控對象進(jìn)行加熱或降溫處理,所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要使用了以執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要使用了兩套低壓繼電器和交流接觸器兩套低壓繼電器和交流接觸器,用來接通或斷開,用來接通或斷開加熱絲及冷卻泵的供電電源,從而實(shí)現(xiàn)加熱和降溫處理。加熱絲及冷卻泵的供電電源,從而實(shí)現(xiàn)加熱和降溫處理。2.1.6 2.1.6 其他外圍設(shè)備其他外圍設(shè)備 外圍設(shè)備主要是為了輔助工控機(jī)主機(jī)的功能而配置的,用來顯示、

14、存外圍設(shè)備主要是為了輔助工控機(jī)主機(jī)的功能而配置的,用來顯示、存儲、打印、記錄各種數(shù)據(jù),包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲設(shè)備。常用的儲、打印、記錄各種數(shù)據(jù),包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和存儲設(shè)備。常用的外圍設(shè)備有打印機(jī)、記錄儀、顯示器、外部存儲器(硬盤、光盤等)、記外圍設(shè)備有打印機(jī)、記錄儀、顯示器、外部存儲器(硬盤、光盤等)、記錄儀、聲光報(bào)警器等。錄儀、聲光報(bào)警器等。 除了上述硬件以外,還有加熱絲、冷卻泵、導(dǎo)線、電源等設(shè)備除了上述硬件以外,還有加熱絲、冷卻泵、導(dǎo)線、電源等設(shè)備。根據(jù)。根據(jù)需要也可以增加網(wǎng)絡(luò)通信接口實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信等。需要也可以增加網(wǎng)絡(luò)通信接口實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信等。2.2 2.

15、2 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制軟件的編寫常采用以下三種開發(fā)工具:控制軟件的編寫常采用以下三種開發(fā)工具: 一是采用機(jī)器語言、匯編語言等面向機(jī)器的低級語言來編寫;一是采用機(jī)器語言、匯編語言等面向機(jī)器的低級語言來編寫; 二是采用二是采用C C、VBVB、VC+VC+等高級語言來編寫;等高級語言來編寫; 三是采用監(jiān)控組態(tài)軟件來編寫。三是采用監(jiān)控組態(tài)軟件來編寫。 為使初學(xué)者便于接受,這里采用較為直觀,也相對較易實(shí)現(xiàn)的組為使初學(xué)者便于接受,這里采用較為直觀,也相對較易實(shí)現(xiàn)的組態(tài)軟件來進(jìn)行控制軟件的設(shè)計(jì),組態(tài)軟件選用亞控公司的工業(yè)組態(tài)軟態(tài)軟件來進(jìn)行控制軟件的設(shè)計(jì),組態(tài)軟件選用亞控公司的工

16、業(yè)組態(tài)軟件組態(tài)王(件組態(tài)王(KingviewKingview)。)。2.2.1 2.2.1 系統(tǒng)的圖形畫面系統(tǒng)的圖形畫面設(shè)定模塊歷史曲線溫度顯示冷卻泵加熱絲2.2.2 2.2.2 板卡設(shè)備定義板卡設(shè)備定義 為了讓輸入、輸出信號能夠與上述畫面當(dāng)中的圖素相關(guān)聯(lián),需要進(jìn)為了讓輸入、輸出信號能夠與上述畫面當(dāng)中的圖素相關(guān)聯(lián),需要進(jìn)行設(shè)備定義,也就是所用到的輸入、輸出板卡定義。行設(shè)備定義,也就是所用到的輸入、輸出板卡定義。 在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選擇在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選擇“設(shè)備設(shè)備”中的中的“板卡板卡”,在右側(cè)雙,在右側(cè)雙擊擊“新建新建”,運(yùn)行,運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)гO(shè)備配置向?qū)А保瑢?,對PCL-81

17、8LPCL-818L和和IPC5373IPC5373兩個板卡進(jìn)兩個板卡進(jìn)行設(shè)置:行設(shè)置: PCL-818L PCL-818L地址設(shè)置為地址設(shè)置為300300,詳細(xì)說明參見研華,詳細(xì)說明參見研華PCL-818PCL-818系列板卡中文系列板卡中文手冊,設(shè)置對話框如圖手冊,設(shè)置對話框如圖2.82.8所示;所示; IPC5373 IPC5373地址設(shè)置為地址設(shè)置為154154,詳細(xì)設(shè)置請參考,詳細(xì)設(shè)置請參考IPC5373IPC5373使用說明書,設(shè)置使用說明書,設(shè)置對話框如圖對話框如圖2.92.9所示。所示。圖圖2.8 2.8 輸入板卡輸入板卡PCL-818L地址設(shè)置地址設(shè)置圖圖2.9 2.9 輸出

18、板卡輸出板卡IPC5373地址設(shè)置地址設(shè)置2.2.3 2.2.3 系統(tǒng)變量定義系統(tǒng)變量定義 系統(tǒng)所用變量如圖系統(tǒng)所用變量如圖2.102.10所示。主要是三類變量:一個模擬量輸入所示。主要是三類變量:一個模擬量輸入I/OI/O變量、一個數(shù)字量輸出變量、一個數(shù)字量輸出I/OI/O變量、若干內(nèi)存變量。變量、若干內(nèi)存變量。(1 1)模擬量輸入)模擬量輸入I/OI/O變量變量 模擬量輸入的傳感器采用的是模擬量輸入的傳感器采用的是Pt100Pt100,溫度測量范圍取,溫度測量范圍取0 0100100C C,經(jīng)變送,經(jīng)變送器器AI-808AAI-808A線性輸出線性輸出4 420mA20mA電流,經(jīng)電流,經(jīng)

19、250250電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為1 15V5V電壓,電壓,并接入板卡并接入板卡PCL-818LPCL-818L。因此,輸入變量定義為。因此,輸入變量定義為“AI1”“AI1”,變量類型選,變量類型選“I/O“I/O實(shí)實(shí)數(shù)數(shù)”,最小值設(shè)為,最小值設(shè)為“0”“0”,最大值設(shè)為,最大值設(shè)為“100”“100”,最小原始值設(shè)為,最小原始值設(shè)為“2458”“2458”(對(對應(yīng)應(yīng)0 0C C),最大原始值設(shè)為),最大原始值設(shè)為“4095”“4095”(對應(yīng)(對應(yīng)100100C C),連接設(shè)備為),連接設(shè)備為PCL-818LPCL-818L(新(新IOIO設(shè)備),寄存器選為設(shè)備),寄存

20、器選為“AD1.G1”“AD1.G1”,數(shù)據(jù)類型選,數(shù)據(jù)類型選“SHORT”“SHORT”,采樣頻率為,采樣頻率為“500”“500”,讀寫屬性為,讀寫屬性為“只讀只讀”,如圖,如圖2.112.11所示。所示。(2 2)數(shù)字量輸出)數(shù)字量輸出I/OI/O變量變量數(shù)字量輸出變量通過數(shù)字量輸出變量通過IPC5373IPC5373輸出,用于驅(qū)動外部低壓繼電器(輸出,用于驅(qū)動外部低壓繼電器(24V24V)和交流接)和交流接觸器(觸器(220V220V)。)。IPC5373IPC5373板卡有四個寄存器輸出,每個寄存器有板卡有四個寄存器輸出,每個寄存器有8 8個通道,設(shè)定值為個通道,設(shè)定值為154H15

21、4H時,使用時,使用154154寄存器的寄存器的8 8個通道。各通道的導(dǎo)通與斷開由二進(jìn)制量控制,個通道。各通道的導(dǎo)通與斷開由二進(jìn)制量控制,為為1 1則則導(dǎo)通,為導(dǎo)通,為0 0則斷開則斷開,因此輸出值為,因此輸出值為0 0255255。將其定義為。將其定義為“加熱冷卻輸出加熱冷卻輸出”,參數(shù)設(shè),參數(shù)設(shè)置如圖置如圖2.122.12所示。所示。(3 3)內(nèi)存變量)內(nèi)存變量其他內(nèi)存變量是為了配合數(shù)據(jù)的處理與控制,例如控制相關(guān)指示其他內(nèi)存變量是為了配合數(shù)據(jù)的處理與控制,例如控制相關(guān)指示燈的當(dāng)前狀態(tài),象加熱顯示、冷卻顯示、加熱信號、冷卻信號、斷續(xù)燈的當(dāng)前狀態(tài),象加熱顯示、冷卻顯示、加熱信號、冷卻信號、斷續(xù)

22、加熱信號、斷續(xù)冷卻信號;中間變量也可以控制系統(tǒng)各狀態(tài)的運(yùn)行時加熱信號、斷續(xù)冷卻信號;中間變量也可以控制系統(tǒng)各狀態(tài)的運(yùn)行時間,象閃爍變量、斷續(xù)變量;還可設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)定值與控制按鍵間,象閃爍變量、斷續(xù)變量;還可設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)定值與控制按鍵值,象控制溫度下限、控制溫度上限、中間溫度、運(yùn)行與停止指令等;值,象控制溫度下限、控制溫度上限、中間溫度、運(yùn)行與停止指令等;可從圖可從圖2.102.10中看到。中看到。2.2.4 2.2.4 動畫連接與程序代碼的編寫動畫連接與程序代碼的編寫建立圖建立圖2.72.7畫面中各個對象的動畫連接,將其與所定義的相關(guān)變量連畫面中各個對象的動畫連接,將其與所定義的相關(guān)變

23、量連接起來(具體可參考第接起來(具體可參考第9 9章組態(tài)軟件應(yīng)用部分),然后進(jìn)行程序代碼的編章組態(tài)軟件應(yīng)用部分),然后進(jìn)行程序代碼的編寫。寫。2.3 2.3 系統(tǒng)工作過程系統(tǒng)工作過程先做如下設(shè)定:設(shè)定溫度為先做如下設(shè)定:設(shè)定溫度為T0T0,根據(jù)允許誤差為,根據(jù)允許誤差為0.50.5,則溫度控制上限,則溫度控制上限為為T1=T0+0.5T1=T0+0.5,下限為,下限為T2=T0-0.5T2=T0-0.5,則工作過程可描述如下:,則工作過程可描述如下:(1 1)若水溫低于)若水溫低于T2T2:經(jīng)檢測換算后輸入到組態(tài)王監(jiān)控界面,運(yùn)算后:經(jīng)檢測換算后輸入到組態(tài)王監(jiān)控界面,運(yùn)算后IPC5373IPC5373設(shè)定值為設(shè)定值為6464(0 x400 x40),輸出通道),輸出通道1 1導(dǎo)通,低壓繼電器導(dǎo)通,低壓繼電器1 1常開觸點(diǎn)閉合,使得接觸器常開觸點(diǎn)

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