西門子CPU6ES7 214-1BD23-0XB8

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西門子CPU6ES7 214-1BD23-0XB8
SIMATIC S7-200的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴展到在單機、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中較復(fù)雜的自動化任務(wù)。S7-200也越來越多地提供了對以前曾由于經(jīng)濟原因而開發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進入。文本顯示器TD200不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，zui多可顯示80條信息，每條信息zui多4個變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時修改。TD200面板上的8個可編程序的功能鍵，每個都分配了一個存儲器位，這些功能鍵在啟動和測試系統(tǒng)時，可以進行參數(shù)設(shè)置和診斷

德國西門子公司
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主要運用技術(shù)：
1. 西門子S7-300系列PLC系統(tǒng)。
2. 西門子OP操作屏。
3. SEW變頻器。
4. 島電控制儀。
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西門子S7-300 PLC在KDF2纖維濾棒成型機組中的應(yīng)用
　　
KDF2纖維濾棒成型機組是煙廠生產(chǎn)卷煙濾棒的設(shè)備。經(jīng)過十幾年的應(yīng)用，原**組逐漸顯示出技術(shù)上的局限性：機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜；電控系統(tǒng)相對落后；生產(chǎn)環(huán)境比較差，噪音響；維修難度高，能源利用率低等。因此，原**組越來越不適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求。
　　 為此，筆者參照**上**的高速濾棒成型設(shè)備的設(shè)計原理，結(jié)合國內(nèi)市場的需求和機組的特點，運用伺服傳動系統(tǒng)的優(yōu)良特性及PLC在工業(yè)控制中的優(yōu)勢，設(shè)計了此套控制系統(tǒng)。
　　 1 系統(tǒng)概述
　　 纖維濾棒成型機組控制和傳動系統(tǒng)采用了Lenze公司的伺服系統(tǒng)、Digital公司的觸摸式控制屏和西門子公司的PLC，分別通過MPI和DP通訊控制。
　　 纖維濾棒成型機通過二次開松、增塑劑添加、卷制成形、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產(chǎn)濾棒?！　　　?
　　2 控制策略　　 
　　(1) 對增塑劑添加的控制策略
　　 起初延用原系統(tǒng)的欠阻尼響應(yīng)曲線的控制方式。但是，在實際調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)該控制方式存在一定的缺陷，具體表現(xiàn)為：每天*次上電開機時，增塑劑存儲器中增塑劑積累時間過長，造成一段時間內(nèi)濾棒增塑劑含量過低。根據(jù)售后服務(wù)部門的反饋，某些煙廠為保證濾棒質(zhì)量往往會剔除*盒濾棒。這樣會有較大的浪費。　　 
　　 產(chǎn)生這種情況是因為煙廠每天工作結(jié)束時或者CPU重啟時機組都會停機，并排空存儲器中的增塑劑。由于欠阻尼響應(yīng)到達(dá)設(shè)定值時間過長，造成開始階段濾棒增塑劑含量過低。日常生產(chǎn)班次中，每次停機不排空增塑劑，而是在存儲器中保有一定儲存量?！　?
　　 根據(jù)自動控制原理，車速斜坡響應(yīng)可以分為過阻尼響應(yīng)、臨界阻尼響應(yīng)和欠阻尼響應(yīng)。理論上說，臨界阻尼響應(yīng)是zui理想的控制方式，這種響應(yīng)方式既實現(xiàn)了控制的快速性又實現(xiàn)了控制的穩(wěn)定性；過阻尼響應(yīng)是為了穩(wěn)定性犧牲快速性；欠阻尼響應(yīng)則是為了快速性犧牲穩(wěn)定性。然而，臨界阻尼由于條件過于苛刻，在實際控制中是無法實現(xiàn)的?！　?
　　 根據(jù)剩余的兩種響應(yīng)曲線的特性，筆者認(rèn)為CPU啟動時zui好使用欠阻尼響應(yīng)曲線，其理由是：CPU啟動狀態(tài)下，對增塑劑積累時間的要求**于增塑劑含量的穩(wěn)定性；而其他狀態(tài)下使用過阻尼響應(yīng)曲線，此時對含量的穩(wěn)定要求**于積累的快速性?！?
　　 因此，利用S7-300啟動時的組織塊OB100在CPU啟動中只執(zhí)行一次的特性，對增塑劑伺服電機的控制方式依據(jù)機組不同的啟動狀態(tài)采取了不同響應(yīng)曲線下的控制方法。具體來說，在CPU啟動時（此時增塑劑存儲量必定為零），通過啟動組織塊OB100中送出高速運轉(zhuǎn)命令至增塑劑伺服電機，使控制曲線成為欠阻尼響應(yīng)狀態(tài)以實現(xiàn)對存儲器中增塑劑的快速積累。而在非CPU啟動狀態(tài)，控制增塑劑伺服電機的FC功能塊將送出普通速度命令，使控制曲線成為比較接近臨界阻尼的過阻尼響應(yīng)狀態(tài)?！?
　　 新的設(shè)計完全避免了CPU重啟時帶來的增塑劑積累過慢的問題、減少了廢品數(shù)量，因此這樣的設(shè)計不會影響正常生產(chǎn)狀況時增塑劑含量的穩(wěn)定性。　　 
　　(2) 對濾棒剔除支數(shù)的計算策略
　　 在纖維濾棒成型機的生產(chǎn)中，為保證濾棒質(zhì)量，每當(dāng)速度**一定的設(shè)定值時，機組就會剔除此時的濾棒。此時機組的速度是不斷變化的，按通常方式無法計算出具體的剔除支數(shù)。這對統(tǒng)計生產(chǎn)效率帶來了相當(dāng)?shù)睦щy?！　?
　　 筆者可以得到動態(tài)的車速反饋，但這條反饋曲線是不斷波動和變化的非線性曲線。對于非線性曲線，數(shù)學(xué)上只能夠采用面積積分求解的計算方法。對于此項目就是要求給出一定時間內(nèi)主電機的圓周行程，即機組一段時間內(nèi)所生產(chǎn)的濾棒長度?！?
　　 從這一角度出發(fā)，筆者考慮采用了對車速進行模擬積分的計算方法，即從積分的基本定義出發(fā)，求出剔除時間內(nèi)的濾棒生產(chǎn)長度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個濾棒長度得剔除支數(shù)的計算方法?！　?
　　 按照積分的定義要求，積分求解是在一定條件下才能夠成立。這個條件就是Δt要足夠的小即Δt→0。在實際過程中，近似認(rèn)為Δt=20ms時可以滿足條件。此時，計算得出的濾棒支數(shù)與實際濾棒支數(shù)的誤差在±3支以內(nèi)。在精度上，以zui高生產(chǎn)速度3300支/分鐘計（此時濾棒長度為120mm），±3支的精度是完全可以滿足精度要求。所以筆者認(rèn)為只要將Δt控制在20ms時就可以滿足積分求解的條件。　　 
　　 原系統(tǒng)的PLC掃描一周的時間高達(dá)幾十毫秒，顯然不滿足要求。而此項目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級、整個掃描周期被縮短為7~8ms，這樣就滿足了積分計算的要求?！　?
　　(3) 對拼接紙圈的控制策略
　　 改造之前，纖維濾棒成型機執(zhí)行的是降低運行速度再進行紙圈拼接。這種降速接紙方式對實際生產(chǎn)是不利的：每次降速都會造成車速的大幅度變化，影響了濾棒的質(zhì)量。為消除這種影響，筆者采用了不降速拼接的方法?！　?
　　 不降速拼接和降速拼接并沒有本質(zhì)的區(qū)別：兩者采用的接紙動作一樣，兩者只是在機械結(jié)構(gòu)和電氣控制元件上有區(qū)別。接紙速度的提高勢必使紙圈的靜摩擦力同等上升。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過高會產(chǎn)生很大的靜摩擦力，該力會撕裂紙圈。如果轉(zhuǎn)速斜坡率過低，拼接時的紙圈浪費將增加?！　?
　　 為避免煩瑣，該項目放棄變頻器對接紙電機轉(zhuǎn)速的分段控制。為求出靜摩擦力和紙圈長度兩者之間的zui優(yōu)控制，筆者對接紙電機上升時間采取zui優(yōu)篩選法。通過zui優(yōu)篩選法得到的電機上升時間大約為3.4s?？紤]到生產(chǎn)情況及電磁閥等器件的時滯效應(yīng)，將這一時間進一步放寬為3.5s。　　 
　　3 程序設(shè)計　　 
　　 程序設(shè)計采用了結(jié)構(gòu)化設(shè)計，將所需實現(xiàn)的各主要功能編制成為S7-300中的用戶功能塊（FC塊），在主程序循環(huán)模塊（組織塊OB1）中調(diào)用這些已經(jīng)編制好的子程序?！　?
　　 程序設(shè)計分成硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面。在硬件方面針對系統(tǒng)要求進行設(shè)計，在軟件方面則按需要編制了速度計算模塊、報警和故障模塊、伺服電機執(zhí)行模塊、增塑劑執(zhí)行模塊、生產(chǎn)統(tǒng)計計算模塊等FC塊和預(yù)設(shè)、保持系統(tǒng)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊DB塊。　　 
　　(1) 硬件設(shè)計與組態(tài)
　　 本系統(tǒng)在S7-300的硬件方面采用了1塊PS307 5A電源模塊，1塊CPU-315-2DP，4塊24V/0V SM321數(shù)字量輸入模塊，3塊24V/0.5A SM322數(shù)字量輸出模塊，1塊FM352-2高速計數(shù)模塊，2塊SM331模擬量輸入模塊，1塊SM332模擬量輸出模塊以及用于DP總線通訊的IM153-1通訊模塊1塊?！　?
　　 S7-300外圍設(shè)備為5個伺服電機的DP通訊端。　　 
　　 對上述硬件按要求進行組態(tài)，分別占據(jù)Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號站，具體硬件組態(tài)如圖3所示?！　?
　　(2) 軟件設(shè)計
　　 由于編制的用戶功能模塊很多，限于篇幅，在這里不能一一作出介紹。以下介紹幾個比較重要的用戶功能模塊?！　?
　　 ① 數(shù)據(jù)塊組（Group of Data-Blocks）
　　 數(shù)據(jù)塊組由一系列數(shù)據(jù)塊組成。這些數(shù)據(jù)塊除了一部分是S7-300程序中FB（功能塊的一種）所要求的之外，其他的數(shù)據(jù)塊都是用戶自定義的。這是因為生產(chǎn)中機組的一些系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)必須被預(yù)設(shè)或保存。由于S7-300內(nèi)部保持型M區(qū)的保存數(shù)量相對不足，例如：CPU315-2DP中整個可使用的M區(qū)的容量僅1024Bytes。同時，程序運行中所大量使用中間參數(shù)也需要不可重復(fù)的地址空間，所以將大部分的數(shù)據(jù)（特別是在觸摸屏上顯示的參數(shù)）編制成保持型DB塊。
西門子S7系列PLC的主要種類及應(yīng)用軟件
 
德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。
西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能較強，可靠性較高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。
1．SIMATIC S7-200 PLC
S7-200 PLC是**小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。
    S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。
2．SIMATIC S7-300 PLC
    S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了較為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中**數(shù)據(jù)，S7-300按用戶*的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：**時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。
3． SIMATIC S7-400 PLC
S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。
S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的**系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。
4． 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)
通訊網(wǎng)絡(luò)是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡(luò)平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。
5． 人機界面（HMI）硬件
HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個人計算機（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。
6． SIMATIC S7工業(yè)軟件
西門子的工業(yè)軟件分為三個不同的種類：
（1）編程和工程工具  編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護等控制所需的工具。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護的項目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在WINOOWs平臺上運行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。
（2）基于PC的控制軟件  基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個人計算機作為可編程序控制器（PLC）運行用戶的程序，運行在安裝了WINOOWs NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機或其它任何商用機。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計算機上作為視窗任務(wù)運行。另一種是插槽PLC（在用戶計算機上安裝一個PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運行在WinAC上，也可運行在S7系列處理器上。
（3）人機界面軟件  人機界面軟件為用戶自動化項目提供人機界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺。人機界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機器級的ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級的WinCC。
ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標(biāo)準(zhǔn)PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)PC和所有西門子HMI產(chǎn)品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運行版也用于WINOOWs平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。
WinCC是一個真正開放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)PC上運行。WinCC操作簡單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項目開發(fā)時間。它的設(shè)計適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其zui新的WinCC5.0支持在辦公室通過IE瀏覽器動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過程。
 
 
西門子223-1BL22-0XA8
SIMATIC S7-400F/FH 故障安全型自動化系統(tǒng)可使用在對安全要求很高設(shè)備中。 它控制著各種過程，如果直接停機，這些過程也不會對人員或環(huán)境構(gòu)成威脅。 S7–400 F/FH 有兩種基本型號：
S7-400F: 
故障安全型自動化系統(tǒng)。 如果在控制系統(tǒng)中發(fā)生出錯，生產(chǎn)過程就轉(zhuǎn)移到安全狀態(tài)，并中斷。
S7-400FH: 
故障安全型和故障容錯型自動化系統(tǒng)。 如果在某個控制系統(tǒng)中發(fā)生出錯，則冗余控制機構(gòu)被激活，使得生產(chǎn)過程繼續(xù)下去。
使用其它的標(biāo)準(zhǔn)模塊，可是使其建立一個對故障安全和非故障安全都能進行控制的全集成控制系統(tǒng)。 使用相同的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序?qū)φ麄€系統(tǒng)進行組態(tài)和編程。

S7-400F/FH 故障安全自動化系統(tǒng)可以根據(jù)需要進行不同的組態(tài)：
S7-400F的單通道單側(cè)I/O
此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 但是不一定是容錯的。 需要下列部件：
1 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行授權(quán)
1 條 PROFIBUS-DP 線路
ET 200M ，帶 IM 153-2
無冗余設(shè)計的故障安全信號模塊
當(dāng)發(fā)生故障時，可以訪問 I/O。 故障安全信號模塊鈍化。
單通道，S7-400FH 有可切換的 I/O
此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 對于 CPU 需要容錯。 需要下列部件：
2 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行授權(quán)
2 條 PROFIBUS-DP 線路
1 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2 (冗余)。
無冗余設(shè)計的故障安全信號模塊
當(dāng)一個 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS-DP 發(fā)生故障時，PLC 可繼續(xù)工作。 當(dāng)故障安全信號模塊或者 ET 200M 發(fā)生故障時，I/O 不再使用。 故障安全信號模塊鈍化。
S7-400FH 有冗余切換的 I/O
此系統(tǒng)需要一個故障安全的 PLC。 CPU 和 I/O 需要是容錯的。需要下列部件：
2 個 CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運行授權(quán)
2 條 PROFIBUS-DP 線路
2 個 ET 200M ，帶 2 個 IM 153-2 (冗余)。
冗余設(shè)計的故障安全信號模塊
如果CPU、IM 153-2、PROFIBUS-DP、故障安全信號模塊或 ET 200M 發(fā)生故障，此 PLC 繼續(xù)可用。
在S7-400F/FH自動化系統(tǒng)中也可以使用標(biāo)準(zhǔn)模板。 但是不能與ET 200M一起使用。
通訊
中央控制器和ET200M之間通過PROFIBUS DP進行故障安全通訊和標(biāo)準(zhǔn)通訊。 經(jīng)過特殊開發(fā)，PROFISafe PROFIBUS 可以在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)報文楨中進行安全功能的數(shù)據(jù)通訊。 需要諸如特殊安全總線的其它硬件組件。 所需的軟件既可以作為操作系統(tǒng)的一個擴展軟件集成在硬件組件中，也可以作為一個的軟件塊裝載到CPU中。
帶隔離模板的安全等級
在ET200M中使用隔離模板具有以下優(yōu)勢：
PROFIBUS DP組態(tài)使用銅總線電纜。 不需要光纖電纜。
可使用任何 IM 153-X
在安全模式中故障安全信號模塊的混合運行，以及在一個ET 200M中S7-300標(biāo)準(zhǔn)模塊的混合運行
如果達(dá)到SIL2安全等級，則不需要隔離模塊。


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• 西門子CPU6ES7 214-1BD23-0XB8

  西門子CPU6ES7 214-1BD23-0XB8 SIMATIC S7-200的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴展到在單機、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中較復(fù)雜的自動化任務(wù)。S7-200也越來越多地提供了對以前曾由于經(jīng)濟原因而開發(fā)的特殊電子設(shè)備的地區(qū)的進入。文本顯示器TD200不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確

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