基于PLC的电梯控制系统设计.docx
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基于PLC的电梯控制系统设计
毕业设计（论文）
论文题目：
基于PLC的电梯控制系统设计学生：
王余
指导教师：
花良浩
专业：
电气工程与其自动化
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：
继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。
PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。
本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对4层电梯，使用西门子S7-200可编程控制器，设计了电梯的控制系统，包括轿内指令和厅外召唤信号的登记与消除、电梯的选层和定向、电梯的开关门运行、电梯上下行控制、电梯的指层控制等部分，实现了轿内与各层呼梯指令的记录、电梯运行方向和选层的控制，电梯上下行和自动开关门、电梯的指层控制等功能。
关键词：
四层电梯控制系统可编程控制器
摘要Ⅰ
第1章绪论1
1.1课题的研究背景及意义1
1.2电梯的简介2
1.2.1电梯的起源2
1.2.3电梯的定义与分类2
1.2.3电梯电气控制发展3
1.2.4电梯的国内外发展状况3
1.3PLC在电梯控制中的应用以及发展前景5
1.4课题研究的内容6
第2章控制系统的选择及介绍7
2.1控制系统的选择7
2.2PLC控制系统组成7
2.2.1硬件的组成7
2.2.2软件的组成8
2.3PLC控制系统抗干扰措施9
2.3.1硬件抗干扰措施9
2.3.2软件抗干扰措施11
2.4PLC控制系统的发展趋势12
第3章PLC的选型13
3.1输入输出（I/O）点数的估算13
3.2机型的确定错误!
未定义书签。
3.2.1主控制器的选择错误!
未定义书签。
3.2.2扩展模块的选择错误!
未定义书签。
第4章四层楼电梯控制系统设计14
4.1电梯控制模拟系统面板图错误!
未定义书签。
4.2电动机控制电路图14
4.3PLC外部接线图15
4.4流程图17
4.5操作原理简要说明19
4.6编程元件明细表20
4.7梯形图及注释21
4.7.1电梯初始控制21
4.7.2报警器及超重控制22
4.7.3内指令信号的登记与消除22
4.7.4电梯选层定向辅助23
4.7.5外召唤信号的登记与消除24
4.7.6电梯开关门27
4.7.7电梯上下行错误!
未定义书签。
4.7.8电梯指层控制28
4.8程序仿真与调试30
第5章结论与展望31
5.1结论
5.2展望电梯发展方向致谢
31错误!
未定义书签。
3233
参考文献
第1章绪论
1.1课题的研究背景及意义
电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。
而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。
事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。
在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。
然而只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。
在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。
因此，可以说乘坐电梯更安全。
美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：
乘电梯比走楼梯安全5倍。
据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。
目前，由可编程序控制器（PLC）和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。
采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。
可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。
它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。
用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。
而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。
这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。
可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。
PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD／CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。
PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。
1.2电梯的简介
1.2.1电梯的起源
人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。
早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：
即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。
早期的升降工具基本以人力为动力。
1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。
19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。
1845年，第一台液压驱动升降机研制成功，液压驱动的介质是水。
尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第一台安全升降机诞生。
1852年，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第1台安全升降机。
1857年3年23日，奥的斯公司在纽约为一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界上第一台客运升降机。
1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世。
1878年，奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第1台水压式乘客升降机。
1889年12月，奥的斯公司在纽约的第玛瑞斯特大楼成功安装了1台直接连接式升降机。
这是以直流电动机为动力的世界第1台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯。
1.2.2电梯的定义与分类
2003年2月19日国务院颁布了《特种设备安全监察条例》，明确规定电梯是特种设备，并对电梯的含义做了叙述：
“电梯是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级（踏板）进行升降或者平行运送人、货物的机电设备”。
这种对电梯的论述，被称作广义电梯概念，既包括上下运送人、货物的升降式电梯，也包括用于水平或倾斜输送乘客的自动人行道（英语PassengerConveyor）和自动扶梯（英语Escalator）。
现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置（如限速器、安全钳和缓冲器等）、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。
这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。
通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。
电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。
电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。
目前，电梯行业及社会上对电梯的分类大致有以下几种：
（1）按用途分：
乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯、其他专用电梯。
（2）按额定速度分：
低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯；中速梯，常指速度1.00～2.00m/s的电梯。
高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。
超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。
（3）按拖动方式分：
交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯、螺旋式电梯。
（4）按控制方式分：
手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、向下集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、智能控制电梯。
其他分类方式还有：
按电梯有无司机分类等。
1.2.3电梯电气控制发展
1857年美国人OTIS发明出真正意义上的电梯。
从此以后，电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。
电梯电气控制技术是否，主要体现在电梯电气控制系统的设计上。
电梯的电气控制主要是对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行或处于保护状态，发出各种显示信号。
电梯的电气控制，过去采用继电器逻辑线路，一般称继电器控制。
这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。
但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，国家已规定淘汰。
目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器控制。
PLC是可编程控制器的简称，它是一种用于自动控制的专用微机，实质上属于微机控制方式，但可编程控制器具有其自身的特点：
①PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施，能在较恶劣的各种环境里工作，可靠性高。
②PLC将CPU、存储器、1/0接口等做成一体，使用方便，扩展容易。
目前在国产电梯及中低档的客梯广泛采用了PLC控制系统，特别适合在用电梯的技术改造和控制器开发。
1.2.4电梯的国内外发展状况
在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。
作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。
一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。
在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。
这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。
上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。
总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。
从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。
尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。
全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。
到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。
到2005年，中国电梯的年产量达到13．5万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长17．8%。
2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。
如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!
我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。
兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、同本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74%。
先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。
苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。
目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。
国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。
自1985年我国参加了国际标准化组织ISO／TCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。
标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。
许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。
国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。
中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。
当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。
在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。
世界上有名的几家电梯公司，诸如：
美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51％。
其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。
目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。
此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。
1.3PLC在电梯控制中的应用以及发展前景
目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。
而PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。
PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。
随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。
然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。
绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。
电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。
目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。
电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。
这也应是绿色电梯的发展方向。
（1）智能化。
我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。
传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。
而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。
智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。
（2）安全。
运行安全是电梯的根本和关键。
可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。
运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。
同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。
（3）与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：
1视觉协调。
有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。
该研究发展：
视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。
色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。
用料低廉，款式陈旧，色彩沉闷，甚至破破烂烂的电梯，乘客视觉协调无从谈起，乘坐电梯的第一感觉就是不安全。
国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。
2消除电磁辐射。
如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。
这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化（0A）、楼宇自动化（BA）、通讯自动化（CA）的正常运转。
3舒适感。
通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。
以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。
对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。
此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。
随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。
因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：
轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：
进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。
1.4课题研究的内容
课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）自动控制电梯系统。
由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。
因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。
针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。
论文的主要内容如下：
首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了比较全面的总结和介绍。
接着根据电梯的控制要求，设计模拟控制模板，确定PLC所需的输入/输出口的数量，确定PLC的型号，选定主机机型，并进行扩展。
然后设计PLC的外部接线图、流程图等，编写控制程序，最后对编写的电梯控制程序进行仿真和调试。
第2章控制系统的组成
2.1PLC控制系统组成
PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分组成的，硬件是指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。
图2-1典型PLC控制系统的硬件组成图
2.1.1硬件的组成
图2-1为典型PLC控制系统的硬件组成图。
PLC控制系统的硬件是由PLC，输入/输出（I/O）电路及外围设备等组成的。
系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。
下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。
2.1.1.1主控模块除了早期生产的整体式PLC（PLC的各个不见都在同一机壳内）外，目前市场多数的PLC都已采用模块化的结构（PLC的各个部件独立封装，称之为模块）。
在PLC中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。
在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称CPU），它包括：
CPU，存储器，通信接口等部分。
2.1.1.2输入/输出模块PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。
生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁。
且这些模块应具有较好的抗干扰能力。
目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。
对于输入/输出模块有：
数字量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，交流新号输入/输出模块，220V交流输入/输出模块。
还有智能模块，它本身带CPU，存储器和监控系统，可独立完成各种运算。
智能模块的种类很多，如高速计数模块，PID调节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能I/O模块。
2.1.1.3电源模块该模块将交流电源转换成供CPU存储器所需的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心。
它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。
目前，大多数PLC采用高质量的开关式稳压电源，与普通电源相比，PLC的电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。
有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24VDC的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。
2.1.1.4I/O电路PLC的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。
经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。
输入电路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测，采集，转换和输入。
另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向PLC送控制指令。
输出电路的功能就是接受PLC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。
PLC的外围设备很多，但基本功能不外乎对信息和数据的处理。
常用的有编程器，可编程终端，打印机，条码读入机等等。
编程器PLC的重要外围设备之一，它可以将用户编写的程序送到PLC的用户程序存储器。
因此，它的主要任务是输入程序，调试程序和监控程序的执行过程。
可编程终端是具有I/O功能的PLC人机界面产品。
人可以通过触摸屏幕将信息输入PLC中同样可编程终端也可以将PLC的输入数据和信息显示在屏幕上。
2.2.2软件的组成
PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。
2.2.2.1PLC系统软件与工作过程PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。
在系统软件的支持PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。
PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。
2.2.2.2应用软件PLC控制系统的应用软件是指为完成PLC实际控制任务而编制的各种软件。
随着PLC应用领域范围的不断扩大，应用水平的提高，PLC应用软件也大大丰富起来了。
PLC应用软件与一般计算机信息处理软件相比，有很大不同，PLC应用软件有以下几个特点：
（1）应用软件设计必须与生产工艺紧密结合。
生产工艺要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生产过程，
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