PLC在玻璃棉生产线控制系统的应用（下）
日期：2006-3-9 1:02:03 来源：本站整理
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4 软件设计
(1) 系统软件
PLC系统软件选用STEP7 V5.2软件包，对于系统中的逻辑控制选用梯形图(LADDER)编程，直观、方便;对于模拟量处理和PID回路控制部分则采用语句表(STL)编程，结构紧凑而又灵活。另外，为实现软件冗余，利用SIEMENS公司专门提供的冗余软件包，它实际上是一组系统功能块，供用户在程序中调用、设置，实现用户的软件冗余功能。
上位机软件选用SIEMENS公司的Wincc V5.1组态软件。Wincc功能强大，可方便快捷地组态出各种操作界面。开放式的数据库系统为用户提供了强大的数据管理功能。
(2) 应用软件设计
根据该系统具体情况，软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面:
·软件冗余;
·PID算法;
·安全措施。
4.1 软件冗余
(1) 在OB100(热启动模块)中调用系统冗余软件包中的系统功能块FC100。
(2) 在OB1中调用系统功能块FB101。程序如下:
CALL "SWR_ZYK" , DB5 //调用FB101
DB_WORK_NO :=DB1 //内部数据块
CALL_POSITION:=TRUE
RETURN_VAL :=MW110 //返回状态字
EXT_INFO :=MW112
A DB5.DBX 9.1
//冗余状态位，判断是否为从站
JC M001
CALL FC 50
FC50调用所有的控制程序
M001: NOP 0
CALL "SWR_ZYK" , DB5
DB_WORK_NO :=DB1
CALL_POSITION:=FALSE //传送结束
RETURN_VAL :=MW114
EXT_INFO :=MW116
(3) 在OB86中调用冗余诊断程序，程序如下:
CALL "SWR_DIAG"
DB_WORK :=W#16#1
OB86_EV_CLASS :=#OB86_EV_CLASS
OB86_FLT_ID :=#OB86_FLT_ID
RETURN_VAL :=MW130
这段程序用来诊断从站的故障信息，如有问题将切换从站通讯模块。
(4) Wincc中的每个外部变量都连接着CPU中的一个地址，当两台CPU切换时，这些连接地址也要同时切换。WINCC提供了动态向导，可自动产生相关的变量和全局脚本，实现上述转换。
4.2 PID算法
STEP7提供了两种常用的PID算法:连续型PID(FB41)和离散型PID(FB42)，根据实际要求，选用的是FB41,其框图如图2所示。
PID算法的输出实际上是比例(P)、积分(I)、微分(D)三部分作用之和:
Mn=MPn+MIn+MDn
MPn=GAIN×(SPn-PVn)
MIn=GAIN×TS/TI×(SPn-PVn)+MX
MDn=GAIN×TD/TS×(PVn-1-PVn)
式中，
Mn:第n次采样时刻的输出值
MPn:第n次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。
MIn:第n次采样时刻的积分作用，可以消除静差，提
高控制品质。
MDn:第n次采样时刻的微分作用，根据差值的变化
率调节，可抑制超调。
SPn:第n次采样时刻的设定值
PVn:第n次采样时刻的过程值
MX:第n-1次采样时刻的积分作用，每次采样计算后
自动刷新
GAIN:回路增益，P参数
TI:积分时间常数，即I参数
TD:微分时间常数，即D参数
TS:采样时间
根据上述原理框图，结合实际工艺要求，编写程序(以供料道温度回路为例)如下:
L DB44.DBD 0
//温度设定值，浮点型
T #TEMP0
L PIW 524 //温度反馈值
ITD
//整型转双整型
DTR
//双整型转浮点型
L 2.764800e+004
/R
L 3.200000e+002
//量程范围320度
*R
L 9.800000e+002 //零点是980度
+R
T #TEMP1
//温度反馈对应量程范围980-1300度，
计算出浮点型数据。
L DB44.DBW 4 //阀门开度
ITD
DTR
L 2.764800e+002
//阀门开度转为百分数
/R
T #TEMP2
L DB44.DBD 20
T #TEMP31
A M 56.3 //自动标志位
NOT
= #TEMP4
CALL "CONT_C" , DB144 //调用FB1
COM_RST :=FALSE
MAN_ON :=#TEMP4
PVPER_ON:=FALSE
P_SEL :=TRUE // 使用P调节
I_SEL :=TRUE //使用I调节
INT_HOLD:=FALSE
I_ITL_ON:=FALSE
D_SEL :=FALSE //使用D调节
CYCLE :=T#2S //采样时间
SP_INT :=#TEMP //设定值
PV_IN :=#TEMP1 //过程值
PV_PER :=
MAN :=#TEMP2 //PID自动标志
GAIN :=DB44.DBD8 //参数P
TI :=DB44.DBD12 //参数I
TD :=DB44.DBD16 //参数D
TM_LAG :=T#2S
DEADB_W :=#TEMP31 //死区范围
LMN_LLM :=DB44.DBD28 //输出下限
PV_FAC :=1.000000e+000
PV_OFF :=0.000000e+000
LMN_FAC :=1.000000e+000
LMN_OFF :=0.000000e+000
I_ITLVAL:=0.000000e+000
DISV :=0.000000e+000
LMN :=
LMN_PER :=#TEMP3
QLMN_HLM:=
QLMN_LLM:=
LMN_P :=
LMN_I :=
LMN_D :=
PV :=
ER :=
AN M 56.3
JC M001
L #TEMP3
T DB44.DBW 4
//PID自动时，将PID输出结果送到输出存储地址
L DB44.DBW 4
T PQW 522 //调节阀输出
程序前部分主要是处理设定值、反馈值并送入中间变量，将阀门开度送入PID模块，保证手/自动无扰动切换。
调用FB41时，要给各参数赋值。为方便调整，重要参数都存在DB块中，用户可在上位机上随时修改。
从上面的公式中可以看出，参数P(GAIN)与P、I、D作用都是成正比的，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢;I参数越大，积分作用越弱，而D参数越大，微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数，唯一的衡量标准就是被控参数(温度、流量等)的精度和稳定度，所以在实际调试中，都是参照被控参数的实时曲线，反复观察分析，从而达到最佳的控制效果。
4.3 安全措施
(1) 防止误操作 任何设定值都设有上、下限，即不允许输入“离谱”的数据;重要设备的开、停，都需操作员确认;运行中调整设定值，不能直接输入数据，而是按“+”、“-”键，逐步增减。
(2) 报警功能
每个被控参数都设有上、下限报警值及偏差报警值，当运行数据超出这些值时，系统将发出
声光报警，提醒操作者。对于特别重要的参数，变化过快，也在报警之列。
(3) 逻辑连锁 当燃料压力或助燃风压力开关动作时，关闭安全阀;当被控参数(温度或压力)突变时，关闭安全阀；当设定值和过程值的偏差大于安全范围时，相关PID回路切换到手动，以保持输出不变。
5 结束语
整个控制系统，软件硬件配置和软件设计充分考虑了系统的工艺特点，保护措施完备，操作灵活、控制精度高。
参考文献
[1] 西门子S7-400硬件手册[Z].
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
(1) 系统软件
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
PLC系统软件选用STEP7 V5.2软件包，对于系统中的逻辑控制选用梯形图(LADDER)编程，直观、方便;对于模拟量处理和PID回路控制部分则采用语句表(STL)编程，结构紧凑而又灵活。另外，为实现软件冗余，利用SIEMENS公司专门提供的冗余软件包，它实际上是一组系统功能块，供用户在程序中调用、设置，实现用户的软件冗余功能。
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
上位机软件选用SIEMENS公司的Wincc V5.1组态软件。Wincc功能强大，可方便快捷地组态出各种操作界面。开放式的数据库系统为用户提供了强大的数据管理功能。
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
(2) 应用软件设计
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
根据该系统具体情况，软件设计过程中着重要考虑的是以下几个方面:
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
·软件冗余;
plcjs.技.术_网
·PID算法;
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
·安全措施。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
4.1 软件冗余
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
(1) 在OB100(热启动模块)中调用系统冗余软件包中的系统功能块FC100。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
(2) 在OB1中调用系统功能块FB101。程序如下:
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
CALL "SWR_ZYK" , DB5 //调用FB101
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
DB_WORK_NO :=DB1 //内部数据块
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
CALL_POSITION:=TRUE
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
RETURN_VAL :=MW110 //返回状态字
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
EXT_INFO :=MW112
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
A DB5.DBX 9.1
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
//冗余状态位，判断是否为从站
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
JC M001
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
CALL FC 50
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
FC50调用所有的控制程序
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
M001: NOP 0
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
CALL "SWR_ZYK" , DB5
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
DB_WORK_NO :=DB1
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
CALL_POSITION:=FALSE //传送结束
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
RETURN_VAL :=MW114
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
EXT_INFO :=MW116
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
(3) 在OB86中调用冗余诊断程序，程序如下:
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
CALL "SWR_DIAG"
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
DB_WORK :=W#16#1
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
OB86_EV_CLASS :=#OB86_EV_CLASS
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
OB86_FLT_ID :=#OB86_FLT_ID
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
RETURN_VAL :=MW130
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
这段程序用来诊断从站的故障信息，如有问题将切换从站通讯模块。
plcjs.技.术_网
(4) Wincc中的每个外部变量都连接着CPU中的一个地址，当两台CPU切换时，这些连接地址也要同时切换。WINCC提供了动态向导，可自动产生相关的变量和全局脚本，实现上述转换。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
4.2 PID算法
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
STEP7提供了两种常用的PID算法:连续型PID(FB41)和离散型PID(FB42)，根据实际要求，选用的是FB41,其框图如图2所示。
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
plcjs.技.术_网
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
PID算法的输出实际上是比例(P)、积分(I)、微分(D)三部分作用之和:
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
Mn=MPn+MIn+MDn
plcjs.技.术_网
MPn=GAIN×(SPn-PVn)
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
MIn=GAIN×TS/TI×(SPn-PVn)+MX
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
MDn=GAIN×TD/TS×(PVn-1-PVn)
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
式中，
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
Mn:第n次采样时刻的输出值
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
MPn:第n次采样时刻的比例作用，与偏差成正比。
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
MIn:第n次采样时刻的积分作用，可以消除静差，提
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
高控制品质。
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
MDn:第n次采样时刻的微分作用，根据差值的变化
plcjs.技.术_网
率调节，可抑制超调。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
SPn:第n次采样时刻的设定值
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
PVn:第n次采样时刻的过程值
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
MX:第n-1次采样时刻的积分作用，每次采样计算后
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
自动刷新
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
GAIN:回路增益，P参数
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
TI:积分时间常数，即I参数
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
TD:微分时间常数，即D参数
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
TS:采样时间
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
根据上述原理框图，结合实际工艺要求，编写程序(以供料道温度回路为例)如下:
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
L DB44.DBD 0
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
//温度设定值，浮点型
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
T #TEMP0
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
L PIW 524 //温度反馈值
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
ITD
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
//整型转双整型
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
DTR
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
//双整型转浮点型
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
L 2.764800e+004
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
/R
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
L 3.200000e+002
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
//量程范围320度
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
*R
plcjs.技.术_网
L 9.800000e+002 //零点是980度
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
+R
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
T #TEMP1
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
//温度反馈对应量程范围980-1300度，
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
计算出浮点型数据。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
L DB44.DBW 4 //阀门开度
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
ITD
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
DTR
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
L 2.764800e+002
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
//阀门开度转为百分数
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
/R
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
T #TEMP2
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
L DB44.DBD 20
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
T #TEMP31
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
A M 56.3 //自动标志位
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
NOT
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
= #TEMP4
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
CALL "CONT_C" , DB144 //调用FB1
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
COM_RST :=FALSE
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
MAN_ON :=#TEMP4
plcjs.技.术_网
PVPER_ON:=FALSE
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
P_SEL :=TRUE // 使用P调节
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
I_SEL :=TRUE //使用I调节
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
INT_HOLD:=FALSE
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
I_ITL_ON:=FALSE
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
D_SEL :=FALSE //使用D调节
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
CYCLE :=T#2S //采样时间
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
SP_INT :=#TEMP //设定值
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
PV_IN :=#TEMP1 //过程值
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
PV_PER :=
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
MAN :=#TEMP2 //PID自动标志
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
GAIN :=DB44.DBD8 //参数P
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
TI :=DB44.DBD12 //参数I
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
TD :=DB44.DBD16 //参数D
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
TM_LAG :=T#2S
plcjs.技.术_网
DEADB_W :=#TEMP31 //死区范围
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
LMN_LLM :=DB44.DBD28 //输出下限
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
PV_FAC :=1.000000e+000
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
PV_OFF :=0.000000e+000
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
LMN_FAC :=1.000000e+000
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
LMN_OFF :=0.000000e+000
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
I_ITLVAL:=0.000000e+000
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
DISV :=0.000000e+000
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
LMN :=
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
LMN_PER :=#TEMP3
plcjs.技.术_网
QLMN_HLM:=
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
QLMN_LLM:=
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
LMN_P :=
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
LMN_I :=
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
LMN_D :=
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
PV :=
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
ER :=
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
AN M 56.3
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
JC M001
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
L #TEMP3
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
T DB44.DBW 4
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
//PID自动时，将PID输出结果送到输出存储地址
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
L DB44.DBW 4
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
T PQW 522 //调节阀输出
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
程序前部分主要是处理设定值、反馈值并送入中间变量，将阀门开度送入PID模块，保证手/自动无扰动切换。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
调用FB41时，要给各参数赋值。为方便调整，重要参数都存在DB块中，用户可在上位机上随时修改。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
从上面的公式中可以看出，参数P(GAIN)与P、I、D作用都是成正比的，它决定了PID回路的灵敏度，即调节速度的快慢;I参数越大，积分作用越弱，而D参数越大，微分作用越强。不能单靠理论计算来确定PID参数，唯一的衡量标准就是被控参数(温度、流量等)的精度和稳定度，所以在实际调试中，都是参照被控参数的实时曲线，反复观察分析，从而达到最佳的控制效果。
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
4.3 安全措施
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
(1) 防止误操作 任何设定值都设有上、下限，即不允许输入“离谱”的数据;重要设备的开、停，都需操作员确认;运行中调整设定值，不能直接输入数据，而是按“+”、“-”键，逐步增减。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
(2) 报警功能
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
每个被控参数都设有上、下限报警值及偏差报警值，当运行数据超出这些值时，系统将发出
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
声光报警，提醒操作者。对于特别重要的参数，变化过快，也在报警之列。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
(3) 逻辑连锁 当燃料压力或助燃风压力开关动作时，关闭安全阀;当被控参数(温度或压力)突变时，关闭安全阀；当设定值和过程值的偏差大于安全范围时，相关PID回路切换到手动，以保持输出不变。
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
5 结束语
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
整个控制系统，软件硬件配置和软件设计充分考虑了系统的工艺特点，保护措施完备，操作灵活、控制精度高。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
参考文献
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
[1] 西门子S7-400硬件手册[Z].
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
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技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
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术
门
户
|
十
万
P
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工
程
师
的
共
同
选
择
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术
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程
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程
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