西门子一级授权代理商-PLC总代理商批发

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前言

随着硫化机自动控制水平的不断提高，硫化机的温度压力数据记录方法经历了圆盘记录仪、打点式记录仪、智能化无纸记录仪乃至目前较的上位机监控系统。上位机监控系统界面友好、控制、精度高、数据存储量大，已越来越受用户青睐。笔者采用电阻式触摸平板电脑作为上位机，把现场数据通过传感器采集经PLC处理后送入上位机，组成一个监控系统。

1 监控系统构成

整个监控系统由A／D模块、D／A模块、CPU、传感器、电气转换器、平板电脑组成，如图1所示。

上位机对数据进行分析、存盘、综合处理、打印、报警、图形显示、人机对话，并可通过数据传送对PLC进行控制。

2 软件的设计

2．1 窗体设计

在软件的编程过程中，人机界面(MM，)非常重要，因为它直接与操作员产生信息交流，友好的人机界面要求能真实再现控制设备的状态以及准确的采集所需参数的数据，这主要依靠VB 6.0的控件组合及原代码完成。整个人机界面包括硫化状态画面(主画面)、实时曲线画面、数据查看画面、历史曲线画面、工艺编辑画面、报警画面、口令画面、开关状态画面，各画面间可以相互切换。当然也可根据用产习惯编辑不同的人机界面，具有很好的灵活性。

主画面如图2所示，它实时采集硫化机温度压力信号，并将其保存在以日期为名称的数据库里。显示每锅轮胎硫化的时间、步序参数数据，产量、计数、本机目前的信息也一目了然，棒图控件能动态表明每条轮胎的硫化进程，并有百分数提醒操作员。如果某一阀门打开，主画面中相应阀门名称的颜色变化，管路里就会有液体流动的动画，形象再现了阀门状态的变化，这可以在picture控件中应用API函数实现。清零菜单可分别对左右计数和产量进行清零。单击"通讯"按钮通过串口与PLC通信，进行数据交换，数据采集频率可在Timer控件中设定。主画面为监控系统的窗口，基本上所有操作员需要了解的数据都集中在这里，其画面的友好程度及功能的完整性直接影响人机界面成功与否。

实时曲线画面实时跟踪硫化机的温度压力参数，可分为圆盘型和直线型。圆盘型尊重原有圆盘记录仪的习惯，以为单位，实时记录每一时间的数值，在实时数据与上一时间数据间画圆弧，这样能准确显示数值的变化情况。直线型以一小时(一般轮胎硫化时间在一小时内)为单位显示，如果采集完一个小时数据，则实时曲线以采集频率从右向左漂移，这时在Picture控件右端显示当前数值对应的曲线，这种动态漂移效果可由bbbbbbS API函数实现。这两种曲线方式各有千秋，前者可以直观了解当天所有轮胎的曲线情况，但上位机的显示屏显示数据，图形就显得小，分辨率不高。者清晰度高，但只能显示当段时间的映线，如果需要长时间的曲线，得从历史画面中查看。一般来讲，两者兼顾应用，相得益彰。

每天采集的数据都存放在当天的数据库里，要查看哪天的曲线只要打开该天的数据库就可以画出该天的历史曲线。

工艺编辑画面：所有需要修改的参数都集中在工艺编辑画面里，步序、分步时间、阀门状态、PID参数、延时设定、硫化规格、机号都可修改。该画面功能多，操作较为复杂，但主要还是围绕数据库做文章。建立一个数据库与Treeview控件联接，数据库中包括各种工艺号，每个工艺号为一个表(Table)。单击表名，该表的内容显示在Datagrid控件中，可以通过键盘修改表的内容。

其它画面不再详述。

2．2 上位机与PLC间的通信

在上位机链接通信中，上位机多是以主态同PLC进行通信，命令一般从上位机发至PLC，任何数据都能从PLC发送至上位机。两者间的通信通过上位机的串口与连接实现，并遵循RS-232协议，其命令格式为：

@

节点号

标题码

-

FCS检验码

结束符

响应码为：

@

节点号

标题码

结束代码

正文

FCS检验码

结束符

用V 8 6．0编写通信程序时，要用通讯控件（Mscomm)。将通讯控件调入后，还需编通信代码，如PLC采集的内温、内压、外温、外压存芯正数据区DMOOOONDM0003，主画面的内温、内压、外温、外压分别显示在Label 1(0)～Label 1(3)中。

X J - 2 0 0 0 轮胎胎面压出设备是集橡胶胎面复合挤出、冷却、裁断于一身的大型生产线，由于该设备只能对胎面进行人工量长、手动切割，劳动强度大、工作效率低，我们决定对其进行技术改造，增加定长自动切割功能。改造后的控制系统采用P L C 和交流变频调速技术相结合的控制方式，具体叙述如下。

1 裁断系统的动作过程

胎面裁断系统结构简图如图1 所示。

图1胎面裁断系统示意图

冷却后的胎面经贮存槽进入皮带运输机，当胎面贮存到一定程度时，光电开关1 J 动作、电机6 M 启动运行，同时直接装在6 M 后轴上的旋转编码器开始脉冲计数，电机6 M 经减速箱带动链条传动，链条又带动辊筒转动，后辊筒拖动皮带向前行进；通过8 4 2 1 码设定胎面的长度，当胎面长度达到预设值时，运输带经减速后停止运行。此时压胎面装置向下压紧胎，丝杆从初始端带动架快速向另一端行进并裁切胎面，在裁切胎面的过程中，喷水电磁阀动作并向切喷水；切割完毕后，压胎面装置升起、架抬起；丝杠带动切架退回到初始位置并停止运行、喷水电磁阀停止喷水，同时切架压下，一切恢复到初始状态，以便再次启动。在整个裁切过程中，由于前级运输带的连续运行，在裁断运输带停止运行和切胎面过程中，贮存槽的胎面已慢慢增多，当贮存槽的胎面增至引起光电开关1 J 动作时，电机6 M 又重新启动运行，从而反复地自动裁切胎面。若胎面增加到使光电开关2 J 、3 J 动作时，运输带会不同程度地加速运行。

2 控制变量的确定

该控制系统包括运输带与胎面裁切前速度配合、各电机拖动电路、胎面运输带的运行控制、胎面长度预置与控制、丝杠与架动作控制、切喷水控制、压胎面装置控制及加速运输控制，但其关键是胎面长度的控制，那么胎面长度与哪些因素相关呢？ 在系统示意图（图1 ）中，定：电机6 M 运转的角速度为ω，电机6 M 所连减速箱的齿轮减速比为z ，减速箱输出轴的半径为r1，滚筒与链条传动端轴半径为r2，滚筒的半径为r3。又设：某种规格胎面的长度为L ，光电编码器每转一圈的脉冲个数为g 。

那么，可以推导出一条胎面全部经过后，光电编码器脉冲总个数A 的关系式，A = L z r2g /（2 π r1r3）。一旦设备和光电编码器选定好后，z、r1、r2、r3、g 都是常数，设zr2g ／（2 π r1r3）= k 则有A = k L ，把胎面长度L 看作一个自变量x ，那么脉冲总个数A 随胎面长度的变化可用函数关系式f （x ）= k x 来表示。

从上式中可以看出，光电编码器的脉冲总个数与胎面长度成正比关系，即脉冲总个数只随胎面长度变化而变化，而与运输带的速度无关。因此就可以通过光电编码器的脉冲个数来实现胎面的长度控制。

3 主要元件的选取

（1 ）可编程控制器：选择可编程控制器应考虑P L C 的类型、输入输出开关量、C P U 处理速度及输出接口电路的输出形式。该系统P L C输入量包括光电编码器计数；运输带与前级运输速度配合的1 J 、2 J 、3 J 光电开关信号；架限位的4 J ~ 7 J 接近开关信号；丝杠、裁、运输带、加速辊电源接点信号；各电机过载保护动作信号；胎面长度预置信号及系统启动、停止功能信号共4 0 个。输出量包括压胎面、喷水、架起落3 个电磁阀线圈动作信号（见图2 ）；各电机启动运行信号和指示信号；P L C 与变频器联络信号共2 5 个。考虑到P L C 输出需接电磁阀和接触器线圈，要求大电流输出，宜选择继电器输出型，这里选择三菱FX2-80MR 编程控制器。根据输出量和F X2- 8 0 M R 输出公共C O M 的关系，尚需配置一个8 点的输出模块F X - 8 Y E T。

图2电磁阀、接触器PLC 输出图

（2 ）交流变频调速器：变频调速器的选择应考虑它的控制方式、输入输出信号接线方式及变频器的输入输出电压。在这里选择三肯M F - 5 . 5 K 变频器。

（3 ）电机：该系统有6 台交流异步电机，丝杠采用YEJ90L-4 1.5kW 电磁制动电机；运输带选用YVP132S-4 5.5kW 交流变频电机；裁电机4M 选用Y 1 0 0 L2- 4 3 k W；该系统中加速辊筒与前级辊筒尺寸相同、加速辊电机减速比与运输带电机减速比相同，由于运输带采用变频调速器，所以加速辊电机5 M 选用Y 1 3 2 M -4 5 . 5 k W 就可使加速辊运输带的速度大于前级切运输带的速度。

（4 ）光电编码器、光电开关及接近开关：光电编码器将电机转速转化为脉冲信号在P L C 内进行计数，该编码器选用L E C - 6 B M - G 2 4 V 。1 J ~ 3 J 光电开关安装于切运输带与前级胎面运输带后端的贮存槽内，胎面在两条运输带之间的贮存量使光电开关相应动作，从而通过P L C 使切运输带相应地改变速度，这里选E3J-R4M1光电开关共3 套。接近开关4 J ~ 7 J 装于切架上，用于架抬起和放下裁切胎面、返回及停止的限位，选用TL-2E-X10E1共4 个，感应有效距离为1 0 m m 。光电编码器、光电开关及接近开关的工作电压均为D C 2 4 V 。

（5 ）电磁阀：本控制系统有3 个电磁阀，压胎面电磁阀1 D F 的作用是胎面长度达到预设值且切运输带停下后，使压胎面装置下落压住胎面以便切切割；切喷水电磁阀2 D F 是裁在切割胎面过程中对裁进行喷水；架运动电磁阀3 D F 使架抬起和放下。1 D F 、2 D F 选用DF1-1 AC220V；3DF 采用QZ23JD2-L 双控电磁阀，A C 2 2 0 V 。

（ 6 ）接触器及热继电器： 该系统中2 Q S~5QS 断路器选用西门子3VU1640、380V 系列；1 K M ~ 5 K M 接触器和继电器分别选择西门子3TF3110、3TF4322、3TF4622，线圈电压为220V系列；该设计中的1 F R ~ 5 F R 共5 个热继电器采用西门子3 U A 5 2 0 0 及3 U A 5 2 4 0 系列。

1 前言

轮胎硫化机是轮胎生产的关键设备之一，其控制系统的好坏直接影响到轮胎的硫化质量。传统的控制方式是继电器联锁控制，但其性差，故障率多，灵活性差，维修困难。人们曾尝试单板机、计算机用于硫化机控制，了较明显的进步。但是其编程困难，技术很难掌握，控制通用性差，成本高，且对周围环境要求较高，因此其推广受到了一定限制。

随着可编程控器(Programmable Controller简称PC)在国内的运用和推广，人们找到了轮胎硫化机较理想的控制系统，即制系统。由于其具有性高，抗干扰能力强，维修检测方便等优点，适合于对轮胎硫化机的控制，获得广泛的推广。桂林橡胶机械厂作为硫化机的主要生产厂家，近年来对制系统进行广泛的研究和运用。现在该厂主导产品双模轮胎定型硫化机已全部采用制，结束了该厂近二十年使用继电控制的历史。本文主要以该厂对制系统的研究，推广介绍可编程控器在轮胎硫化机上的应用。

2 PC特点及概况

可编程控器是一种的工业控制计算机，它与数控装置，机器人一起被评为工业自动化的三大支柱。其主要特点如下。

(1)性高，抗干扰能力强。
(2)环境适应性强。制直接适用于工业环境为其设计指标，对周围环境无严格要求，可直接安装于工业现场，不需另外保护措施。
(3)使用方便。主要表示在编程方便、接线、检修方便。
(4)产品采用模块化设计原则，大批量生产，质量严格控制。

国外生产PC的厂家很多，的有美国A-B公司和GE-FANUC公司，日本的欧姆龙公司和三菱公司，德国AEG公司和西门子公司，法国的TE公司。它们号称PC领域的大雄，代表PC的水平。它们在中国都有各自的代理商，很容易买到其产品。国产PC以小型为主，多数为产品，I/0点均在128点以下。主要厂家有上海工业自动化仪表研究所，苏州电子计算机厂，北京机械工业自动化研究所，无锡华光电子工业公司，中科院自动化研究所，上海香岛机电制造公司。一般只处理开关量，进行逻辑运算，顺序运算。

国内PC在轮胎硫化机上的应用始于80平代末90年代初。上海大橡胶厂，上海正泰橡胶厂，桂林轮胎厂等轮胎生产厂家相继运用PC对硫化机进行改造，获得成功。轮胎硫化机的主要生产厂家如桂林橡胶机械厂，三明化机厂，上海轮胎机械厂把PC运用到新生产的轮胎硫化机上。轮胎硫化机控制系统的PC化已成为轮胎行业的一种趋势。

3 PC在轮胎硫化机上的应用

3.1 工艺流程

图1为硫化机制系统框图。从这个框图中可看出，硫化机的控制大多属于过程控制，位置控制。采用PC可方便地进行编程并列出梯形图，实现硫化机的自动、手动控制。

a. 储漆罐抽真空

在储漆罐大气阀、浸漆罐真空阀、干燥罐真空阀及通风阀关闭的情况下，储漆罐真空阀、真空机组真空阀自动打开，真空机组水环泵进水阀、进气阀自动打开，在冷却水压达到0.1MPa以上时真空机组自动启动，开始对储漆罐抽真空，当真空度达到1333～4000Pa后，停止抽真空，储漆罐真空阀、真空机组真空阀自动关闭，真空机组水环泵进水阀、进气阀自动关闭，真空机组停止运行。保真空1～2h后，开储漆罐大气阀，罐内外压力平衡后，关储漆罐大气阀。

b. 储漆罐加热(用于北方寒冷地区，南方不使用此功能)

触动“启动加热水”按键，加热水管道泵启动，触动“启动搅拌电机”按键，搅拌电机启动，当漆温达到30～50℃时停止加热及搅拌。

c. 浸漆罐装工件

打开浸漆罐的大气阀，按下“液压站油泵电机启动”按钮，启动液压站，按下“浸漆罐罐盖开盖”按钮，打开浸漆罐罐盖，吊装工件进罐。按下“浸漆罐罐盖关盖”按钮，将浸漆罐罐盖关到位，按下“浸漆罐罐盖旋紧”按钮，转箍旋转复位，按下“液压站油泵电机停止”按钮，停止液压站油泵电机，关浸漆罐的大气阀。

d. 浸漆罐预抽真空

在浸漆罐罐盖关闭并旋紧、大气阀、储漆罐真空阀、干燥罐真空阀及通风阀关闭的情况下，浸漆罐真空阀、真空机组真空阀自动打开，真空机组水环泵进水阀、进气阀自动打开。

在冷却水压达到0.1MPa以上时真空机组自动启动，开始对浸漆罐抽真空。当真空度达到400～600Pa后，真空机组自动停止运行，也可以触动“抽真空停止”按键，浸漆罐真空阀、真空机组真空阀自动关闭，真空机组水环泵进水阀、进气阀自动关闭，真空机组停止运行，抽真空过程停止。保真空0.25～0.5h。

e. 输漆

开储漆罐和浸漆罐视孔灯，开储漆罐大气阀，按下“输漆”按钮，输漆阀打开，开始输漆。观察漆面，当到达工艺规定值后，断开“输漆”按钮，输漆阀关闭，停止输漆，关视孔灯。

f. 压力浸漆

打开浸漆罐的大气阀破真空，完毕后关上浸漆罐的大气阀。断开“输漆”、“回漆”按钮，使输漆阀、回漆阀关闭。手动打开浸漆罐旁边的加压阀开始加压。当浸漆罐罐内压力达到0.3～0.4MPa时，手动关闭加压阀。当罐内压力下降到一定值后，又手动打开浸漆罐旁边的加压阀，加压到0.3～0.4MPa，保压0.5～1h后，压力浸漆过程停止。

g. 回漆

开储漆罐和浸漆罐视孔灯，开储漆罐大气阀，控制浸漆罐大气阀使浸漆罐泄压至0.15～0.2MPa按下“回漆”按钮，回漆阀打开开始回漆。观察漆面变化，当漆面接近罐底时，点动“回漆”按钮2～3次，防止压缩空气进入储漆罐。

h. 滴漆

打开浸漆罐的大气阀滴漆，滴干净后关阀。触动“排风”按键，通风阀、浸漆罐真空阀自动打开，排风机自动启动。按下“液压站油泵电机启动”按钮，启动液压站。按下“浸漆罐罐盖旋松”按钮，转箍旋转至开位，按下“浸漆罐罐盖开盖”按钮，打开浸漆罐罐盖至10°，继续滴漆并排除有害气体。滴漆干净后，触动“排风停止”按键，通风阀、浸漆罐真空阀关闭，排风机停止运行。

i. 卸工件

打开浸漆罐大气阀，触动“排风”按键，通风阀、浸漆罐真空阀自动打开，排风机自动启动。按下“浸漆罐罐盖旋松”按钮，转箍旋转至开位，按下“浸漆罐罐盖开盖”按钮，打开浸漆罐罐盖，吊出工件。按下“浸漆罐罐盖关盖”按钮，将浸漆罐罐盖关到位，按下“浸漆罐罐盖旋紧”按钮，转箍旋转复位，按下“液压站油泵电机停止”按钮，停止液压站油泵电机。触动“排风停止”按键，通风阀、浸漆罐真空阀关闭，排风机停止运行。

j. 储漆罐降温保存

启动制冷机组，然后触动“启动搅拌电机”按键，搅拌电机启动。当漆温降到要求温度值后，触动“搅拌停止”按键，停止搅拌，停止制冷机组。

k. 干燥罐固化

启动液压站，打开干燥罐的大气阀，打开干燥罐罐盖，工件吊入罐内，关闭干燥罐罐盖，关闭干燥罐的大气阀，关闭液压站，然后工件在干燥罐里进行固化，固化完后，启动液压站，打开干燥罐的大气阀，打开干燥罐罐盖，工件吊出干燥罐，然后再关闭干燥罐罐盖，关闭干燥罐的大气阀，关闭液压站。

二 真空压力浸漆控制系统的PLC选型和I/O地址分配

从工艺流程可看出真空压力浸漆控制系统是一个开关量顺序控制系统，共有输入信号33点，输出信号30点。本系统选用三菱公司的FX2N-80MR整体式PLC。FX2N-80MR控制着整个系统按照控制要求有条不紊的运行。同时FX2N-80MR采用交流220V供电，并且自带40个数字量输入点和40个数字量输出点，能满足真空压力浸漆设备控制的要求，因此不再需要另外的电源模块、数字量输入/输出模块。模块上的输入端子对应的输入地址是X000～X047，输出端子对应的输出是Y000～Y047。该系统I/O点没有用完，留有余量，以备系统扩展功能用。I/O地址分配如表所示。

三 真空压力浸漆系统的PLC控制及程序设计

真空压力浸漆控制系统是一个开关量顺序控制系统。三菱公司的FX2N系列PLC有两条步进顺控指令，并且有大量的状态元件，可用顺序控制设计法，用SFC语言的顺序功能图或者状态转移图方式编程。当机组无故障时，由PLC控制开机组，然后储漆罐抽真空、储漆罐加热、储漆罐降温保存、干燥罐固化，完成真空压力浸漆工艺流程，后停机组。如系统在运行过程中由于水环泵过载、冷却水压低，整个系统停止。

四 结语

真空压力浸漆设备采用PLC控制，由用户程序代替继电器控制电路，可以灵活方便地通过用户程序的改变来实现控制功能的改变，接线简单，故障点减少，性大大增强。

2．2 PLC的型号和特点

该机电气控制系统选用日本三菱公司FX2N-128MR型PLC作为控制系统的，实现对成型机各种控制元件复杂的逻辑与时序控制，使设备整体运转实现了硬件线路少、故障率低的程序化控制。FX2N-128MR型PLC有64个输入点和64个输出点，体积小，只需占用较小的空间，维护方便，具有较高的性和较强的适应性，且能参照PLC上的输入／输出点指示，为在较短时间内查找、判断故障提供了可能。可以通过便携式手编程器(FX-20P-E)或装有FXES软件包的便携式计算机对PLC控制程序进行读、写、查询、修改、监控等操作，而且该软件包还有加密功能，可有效防止非法阅读和软件。

2．3 PLC的系统配置

该PLC控制系统共使用42点输入，其中自动、手动旋钮1点，步进、步退按钮2点，布筒选择按钮1点，原点复位按钮1点，暂停／复位旋钮1点，张、折鼓旋钮2点，成型棒进退旋钮1点，扣圈盘进退旋钮1点，正包旋钮1点，动作计数4点，下压辊动作7点，后压辊动作14点，胎面架动作3点，主轴动作3点：使用35点输出，其中自动、手动指示2点，布筒指示3点，胎面架指示1点，张、折鼓2点，扣圈盘动作1点，成型棒进1点，主轴动作3点，正包动作1点，后压辊动作12点，下压辊动作6点，胎面架动作3点。

2．4 PLC控制系统的改进

由于电气控制系统没有采用可视人机界面，为了便于维护，在PLC梯形图程序中采用逻辑控制方式，根据生产实际需要，设置了生产六种不同规格轮胎的参数，采用拨码盘选序，拨码盘上1、2、3、 4、5、6分别表示选定事先设定的相应轮胎生产规格。采取这一方法，在成型机换规格生产时，只要换成型鼓和扣圈盘，而不需要用编程设备对PLC控制程序和参数进行修改，也避免了用"原始"的调整后压辊和下压辊原点位置的方法对设备零部件精密度造成负面影响。

下压辊和后压辊的径向、轴向和旋转采用传感器发出脉冲计数，由PLC控制，径向、轴向运动的平面导轨副全部改用滚动直线导轨副，在一定程度上提高了设备的精度，延长了设备的使用寿命，减少了维修工作量。

2．5 变频调速系统

该电气控制系统采用韩国三星公司生产的MOSCON-E5型变频调速系统，根据生产工艺要求，可方便、灵活地随时调整后压辊的旋转滚压速度和用高、低压两种压力对鼓面进行滚压，可提高成型质量，使之产品质量好、外观。

3 轮胎成型工艺流程

以成型11．00-20斜交胎为例的主要成型工艺流程如图2所示。

由于整个轮胎成型控制过程复杂，控制程序冗长，鉴于篇幅有限，这里仅对轮胎成型(以11．00-20为例)中动作难度大的工序-套2#帘布筒的控制过程进行简单阐述。

采用成型棒上帘布筒的方式将2#帘布筒套上成型鼓后，主机正转，下压辊加高压滚压成型鼓面且缓慢分开，传感器发出脉冲计数。后压辊径向、轴向和旋动至设定位置、下压辊合位后加压，径向、轴向、旋转传感器脉冲计数，主机反转，压辊包边至能扣钢丝圈的合适位置，后压辊失压，扣圈盘进扣钢丝圈，扣圈盘退位后，再手工翻帘布筒(不需要用力反包，只要把帘布筒的反包部分翻至与钢丝圈呈90°位置即可)，后压辊动作至钢丝圈边缘帘布筒内(胎肩部分)，然后加压动作，进行后压辊压轮自动反包，完成动作后失压并复位原点。

为防止发生碰撞损坏设备，后压辊和下压辊、扣圈盘动作接触成型鼓时应有严格的控制和界限(由PLC控制)。为防止出现打褶、起皱和钢丝圈定位不正等现象，系统设置了自动和手动两种切换功能，出现意外情况时立即采取相应措施。

同时，该机摆脱了以往用手工翻帘布筒反包、劳动强度大的缺点，尝试使用后压辊压轮反包，这对PLC控制系统也提出了较高的要求。

5 PLC控制系统的局限

(1)该机控制系统没有采用与PLC控制系统相匹配的可视触摸屏，以至于设置参数部分的控制程序冗长，不便于保养人员的日常维护。
(2)该机使用拨码盘选序换生产规格，由于拨码盘容易损坏，可能导致PLC控制失灵。

6 结论

LCJ2024-2C载重斜交胎成型机由于采用了性能的电气控制系统，采用性能为良好的设备部件和气缸驱动主轴从而达到张、折鼓的目的，较LEB成型机有了较大的突破，结构合理、性能稳定、价格适中，相信能做为一款经济、实用的好机型在轮胎成型生产中得以广泛应用。

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