西門子S7—200 PLC在船舶卸載料斗秤系統(tǒng)中的應(yīng)用

鄒劍峰

摘 要：介紹了S7-200PLC通過Modbus RTU協(xié)議作為從站與PC主站通訊的方法，通過S7-200PLC對(duì)S7-300PLC的信號(hào)中轉(zhuǎn)，用VB6.0編寫的料斗秤計(jì)量軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)S7-200PLC及S7-300PLC的信號(hào)交換，開發(fā)了船舶大宗原料料斗秤檢斤計(jì)量系統(tǒng)并得到有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：S7-200PLC；料斗秤；Modbus RTU協(xié)議

引言

目前，鋼鐵企業(yè)船舶運(yùn)輸?shù)拇笞谠牧隙际遣捎脵z尺的方式進(jìn)行計(jì)量，但由于種種原因，經(jīng)常導(dǎo)致檢尺計(jì)量數(shù)據(jù)偏差大，買賣雙方矛盾重重。為了解決上述問題，采用將原料通過卸料皮帶運(yùn)至陸域后采用靜態(tài)料斗計(jì)量，實(shí)現(xiàn)檢斤計(jì)量，準(zhǔn)確計(jì)量后，通過皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至原料堆場(chǎng)。計(jì)量數(shù)據(jù)及時(shí)傳給公司計(jì)量管理系統(tǒng)，為公司原料管理部門提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、完整的船運(yùn)原料計(jì)量數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)功能

船運(yùn)大宗原料通過201膠帶機(jī)、202膠帶機(jī)、203膠帶機(jī)、204膠帶機(jī)、205膠帶機(jī)、206-1膠帶機(jī)、206-2膠帶機(jī)、布料器將原料轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)計(jì)量料倉(cāng)A，當(dāng)倉(cāng)A達(dá)到預(yù)設(shè)稱量條件，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)布料器移動(dòng)到B計(jì)量倉(cāng)上裝料，此時(shí)，A計(jì)量倉(cāng)計(jì)量，A倉(cāng)計(jì)量完畢，打開液壓閘門，原料通過206-3膠帶機(jī)、206-4膠帶機(jī)、207膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至后方堆場(chǎng)，A計(jì)量倉(cāng)卸料完畢，關(guān)閉液壓閘門；當(dāng)倉(cāng)B達(dá)到預(yù)設(shè)稱量條件，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)布料器移動(dòng)到A計(jì)量倉(cāng)裝料，此時(shí)，B計(jì)量倉(cāng)計(jì)量，B倉(cāng)計(jì)量完畢，打開液壓閘門放料，原料通過206-3膠帶機(jī)、206-4膠帶機(jī)、207膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至后方堆場(chǎng)，B計(jì)量倉(cāng)卸料完畢，關(guān)閉液壓閘門。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)船運(yùn)大宗原料的檢斤計(jì)量，同時(shí)保證碼頭船運(yùn)大宗原料的有序卸載。計(jì)量工藝流程如圖1所示。

圖1 碼頭船運(yùn)原料卸載計(jì)量工藝流程

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)碼頭卸載工藝需求以及料斗秤計(jì)量需求，碼頭基礎(chǔ)控制系統(tǒng)使用西門子S7-300PLC控制器，控制碼頭卸料料線的啟停、布料器在計(jì)量倉(cāng)上的位置檢測(cè)等。料線啟停等操作由基礎(chǔ)自動(dòng)化操作站完成。S7-300PLC檢測(cè)信號(hào)（如卸料小車位置檢測(cè)、料線運(yùn)行狀態(tài)等）實(shí)時(shí)通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)傳給S7-200PLC系統(tǒng)。S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B、串口服務(wù)器等組成RS485總線計(jì)量網(wǎng)絡(luò)，計(jì)量操作站中的上位機(jī)軟件不斷讀取稱重儀表A、稱重儀表B、S7-200PLC中的數(shù)據(jù)，通過邏輯判斷完成稱量，S7-200PLC驅(qū)動(dòng)計(jì)量倉(cāng)下液壓閘門的打開或關(guān)閉，將計(jì)量倉(cāng)中的原料排出，同時(shí)將計(jì)量信息（如料倉(cāng)內(nèi)物料重量、料倉(cāng)是否具備裝料條件等）通過S7-200PLC傳給S7-300PLC系統(tǒng)，通過邏輯判斷實(shí)現(xiàn)S7-300PLC對(duì)布料器的驅(qū)動(dòng)控制。計(jì)量料倉(cāng)A和計(jì)量料倉(cāng)B的靜態(tài)稱量由計(jì)量操作站完成。

S7-200PLC支持Modbus RTU 協(xié)議，稱重儀表A和稱重儀表B支持RS485接口通訊，計(jì)量軟件采用VB6.0開發(fā)，主要借助VB開發(fā)平臺(tái)下的MSComm、Timer控件來實(shí)現(xiàn)與S7-200PLC、稱重儀表A、重儀表B 的串行通訊。使用串口服務(wù)器完成RS485/RS232的轉(zhuǎn)換，同時(shí)在上位機(jī)中完成端口映射，計(jì)量操作站中實(shí)際使用了COM1、COM2、COM3三個(gè)串口，分別與S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B通訊。

計(jì)量操作站一用一備，計(jì)量數(shù)據(jù)保存在本地服務(wù)器的同時(shí)將數(shù)據(jù)傳給公司計(jì)量管理系統(tǒng)，為系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行及數(shù)據(jù)的可靠性提供了保障。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 S7-300PLC和S7-200PLC通訊

系統(tǒng)中使用S7-300PLC完成基礎(chǔ)自動(dòng)化控制（如卸料料線的啟停、計(jì)量倉(cāng)上布料器的位置檢測(cè)、公輔系統(tǒng)的控制等），其中如料線運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、布料器位置信號(hào)等均要傳給S7-200PLC系統(tǒng)；由計(jì)量上位機(jī)發(fā)給S7-200PLC計(jì)量完成信號(hào)、液壓閘門打開/關(guān)閉信號(hào)等要傳給S7-300PLC系統(tǒng)。

S7-200PLC系統(tǒng)配置EM277通訊模塊，與S7-300PLC 通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連接，在S7-300PLC編程軟件中安裝EM277 GSD文件，將配有EM277模塊的S7-200PLC組態(tài)在S7-300PLC硬件系統(tǒng)中，完成地址映射，實(shí)現(xiàn)S7-300PLC 和S7-200PLC的通訊。

3.2 計(jì)量上位機(jī)軟件與S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B通訊

計(jì)量系統(tǒng)中計(jì)量操作站、S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B組成RS485總線網(wǎng)絡(luò)，采用Modbus RTU協(xié)議。Modbus RTU協(xié)議采用主從工作方式，允許一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)通信，每臺(tái)從機(jī)地址由用戶設(shè)定，地址范圍為1～255。計(jì)量操作站作為主站，S7-200PLC、稱重儀表A及稱重儀表B作為從站。S7-200 CPU上的通訊口Port0通過指令庫支持Modbus RTU 從站模式。

Modbus 通訊協(xié)議規(guī)范：起始符+設(shè)備地址+功能代碼+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)和+結(jié)束符。對(duì)S7-200PLC來說，其中“功能代碼”表明了該命令要執(zhí)行什么功能，如01碼讀取單個(gè)/多個(gè)線圈（離散量輸出點(diǎn)）狀態(tài)，03碼讀取單個(gè)/多個(gè)保持寄存器，返回V存儲(chǔ)區(qū)的狀態(tài)等?！靶ＰШ汀痹谡麄€(gè)規(guī)范中非常重要。我們知道，RS232通訊格式里的奇偶校驗(yàn)方式并不能保證每個(gè)字符都正確，所以需要把所有字符的值按照某種規(guī)律計(jì)算，計(jì)算得到的字符（校驗(yàn)和）傳給接收方，接收時(shí)再把接收到的字符的值按照某種規(guī)律計(jì)算，得到的字符與發(fā)送方傳送過來的校驗(yàn)和字符比較，如果相等，就算接收正確了。

3.2.1 S7-200PLC作為從站與計(jì)量操作站通訊

S7-200 CPU上的通訊口Port0通過指令庫支持Modbus RTU 從站模式。S7-200PLC Modbus RTU

從站協(xié)議是通過調(diào)用指令庫中的兩個(gè)功能塊實(shí)現(xiàn)的，兩個(gè)功能塊分別是MBUS_INIT和MBUS_SLAVE。MBUS_INIT功能塊被用于啟用和初始化或禁止Modbus通訊。MBUS_SLAVE功能塊被用于為Modbus主設(shè)備發(fā)出的查詢服務(wù)，并且必須在每次掃描時(shí)執(zhí)行，以便允許該指令檢查和響應(yīng)Modbus主設(shè)備查詢。兩個(gè)功能塊圖如圖3。

圖3

在S7-200PLC與計(jì)量操作站通訊之前，根據(jù)主站的通訊參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置，MBUS_INIT功能塊通訊格式設(shè)置如下：Mode為1，表示為Modbus協(xié)議；Addr從站地址為1；Baud波特率為19200；Parity為2是偶校驗(yàn)；MaxIQ表示讀取輸入輸出數(shù)字量的點(diǎn)數(shù)；MaxAI表示讀取模擬量的點(diǎn)數(shù)；MaxHold和HoldStart結(jié)合使用可以讀取V存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)，設(shè)置開始讀取地址以及讀取數(shù)量。完成MBUS_INIT功能塊參數(shù)的設(shè)置，然后通過調(diào)用MBUS_SLAVE功能塊響應(yīng)主機(jī)查詢信息。

3.2.2 計(jì)量操作站作為主站與PLC通訊

計(jì)量軟件采用VB6.0編程，VB6.0與Windows系統(tǒng)有著非常完美的接口，VB6.0提供了一個(gè)非常方便的通信控件MSComm。應(yīng)用程序嵌入MSComm控件，通過MSComm控件提供的事件驅(qū)動(dòng)或查詢方式來進(jìn)行串行通信管理。S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B分別接入串口服務(wù)器后，實(shí)現(xiàn)RS485/RS232的轉(zhuǎn)換，通過串口映射，計(jì)算機(jī)中使用COM1、COM2、COM3分別對(duì)應(yīng)S7-200PLC、稱重儀表A、稱重儀表B，分別對(duì)3個(gè)串口進(jìn)行編寫通訊程序。

（1）通訊口初始化編程

使用VB中的MSComm控件通訊時(shí)，初始化程序如下：

On Error GoTo Prog_err： '此處作用：如果您選擇了電腦中不存在的通訊口，則'Prog_err'程序段，提示“無效的通訊口”

If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False '串口是打開狀態(tài)，則關(guān)閉，進(jìn)行串口的設(shè)置工作

MSComm1.CommPort = Combo1.ListIndex + 1 '設(shè)置通訊端口號(hào)

MSComm1.Settings = CStr（Combo3.Text） & “E，8，1” '*設(shè)定通訊格式

MSComm1.InputLen = 0 '*將接收緩沖區(qū)內(nèi)容全部讀回來

MSComm1.OutBufferCount = 0 '*設(shè)置并返回發(fā)送緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，設(shè)為0時(shí)清空發(fā)送緩沖區(qū)

MSComm1.InBufferCount = 0 '*設(shè)置并返回接收緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，設(shè)為0時(shí)清空接收緩沖區(qū)

MSComm1.InputMode = comInputModeBinary '*二進(jìn)制接收

MSComm1.RThreshold = 1 '*產(chǎn)生ON_COMMM事件的字符數(shù)

MSComm1.PortOpen = True '*打開串口

Label2.Caption = “串口已打開”

Order = 0

Timer1.Enabled = True

Timer2.Enabled = False

RWcomm = False

Exit Sub

Prog_err：

Label3.Caption = “無此端口”

（2）計(jì)量操作站讀數(shù)及寫數(shù)程序（以讀輸入I點(diǎn)和輸出Q點(diǎn)為例）

使用01功能碼和02功能碼實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入I點(diǎn)和輸出Q點(diǎn)的讀數(shù)程序如下：

ReDim SenData（0 To 7） As Byte '*發(fā)送變量

Adree = Right（“0000” + Hex（Val（“&o” + CStr（Val（Text4.Text） * 10 + Combo2.Text）））， 4）

'地址要求是兩個(gè)字節(jié)，所以前面補(bǔ)零

'西門子輸出是八進(jìn)制，所以先將八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制

SenData（0） = &H1 '從站站號(hào)

If Option6.Value = True Then '畫面中選擇 Q 點(diǎn)輸出

SenData（1） = &H1 '01碼 讀數(shù)字量輸出位 命令

Else '畫面中選擇 I 點(diǎn)輸入 即如果是對(duì)輸入操作

SenData（1） = &H2 '02碼 讀數(shù)字量輸入位 命令

End If

SenData（2） = Val（“&H” + Mid（Adree， 1， 2）） '寄存器通訊地址高字節(jié)

SenData（3） = Val（“&H” + Mid（Adree， 3， 2）） '寄存器通訊地址低字節(jié)

SenData（4） = &H0 '讀取個(gè)數(shù)高字節(jié)

SenData（5） = &H1 '讀取個(gè)數(shù)低字節(jié)

getData = Chr_crc（SenData） '校驗(yàn)計(jì)算[從SenDataR（0） 到 SenDataR（5） 參加校驗(yàn)和計(jì)算）]

SenData（6） = Val（“&H” + Mid（getData， 1， 2）） '校驗(yàn)高字節(jié)

SenData（7） = Val（“&H” + Right（getData， 2）） '校驗(yàn)低字節(jié)

……

（3）計(jì)量操作站中數(shù)據(jù)處理程序

MSComm控件處理通訊方式有兩種：事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式。本系統(tǒng)采用事件驅(qū)動(dòng)方式。在串口緩沖區(qū)接受到字符時(shí)觸發(fā)OnComm事件捕獲并處理通信事件。程序通過Rthreshold屬性值來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)OnComm事件來處理S7-200PLC發(fā)送來的從站響應(yīng)信息。部分程序如下。

Private Sub MSComm1_OnComm（）

Dim I As Integer '定義整數(shù) I

Dim getData（） As Byte '讀取接收緩沖區(qū)變量 定義字節(jié)型數(shù)組變量

Dim getData_len As Long '判斷讀取長(zhǎng)度 定義長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)

Dim CrcJ（） As Byte '用于校驗(yàn)計(jì)算 定義字節(jié)型數(shù)組變量

Dim j As Integer '定義整數(shù) j

If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的屬性返回的值為comEvReceive時(shí)是發(fā)生了接收事件.

getData = MSComm1.Input '讀取接收緩沖區(qū)內(nèi)容 將緩沖區(qū)內(nèi)容賦值給getData數(shù)組變量。

getData_len = UBound（getData） '返回一個(gè) Long 型數(shù)據(jù)，其值為指定的數(shù)維組可用的最大下標(biāo)

For j = 0 To getData_len '將讀取的字節(jié)變換為字符

Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '將獲取到的數(shù)組變量依次轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，每個(gè)字節(jié)補(bǔ)齊后取2位 組合成一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字符串。

Next j

……

（4）稱重儀表A和稱重儀表B和計(jì)量軟件的通訊

稱重儀表A和稱重儀表B都支持Modbus RTU 協(xié)議，分別對(duì)應(yīng)COM2和COM3串口，編程方式類似對(duì)S7-200PLC的編程，需熟悉稱重儀表的數(shù)據(jù)格式，在此不再贅述。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)碼頭料斗秤計(jì)量軟件通過Modbus RTU 協(xié)議實(shí)現(xiàn)與S7-200PLC信號(hào)交換，通過S7-200PLC中轉(zhuǎn)也實(shí)現(xiàn)了與S7-300PLC的信號(hào)交換。通過信號(hào)的邏輯判斷以及稱重儀表重量數(shù)據(jù)的直接讀取，碼頭船舶大宗原料料斗秤檢斤計(jì)量得到成功實(shí)現(xiàn)，有效解決了買賣雙方之間的矛盾。

S7-200PLC 作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，通過Modbus協(xié)議，不僅可以作為與PC 機(jī)通訊的從站，也可以作為主站，在現(xiàn)代工業(yè)控制中使用相當(dāng)廣泛。利用Modbus協(xié)議開發(fā)通訊程序，不僅能保證系統(tǒng)的可靠性，而且有效降低了開發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子公司SIMATIC S7-200可編程控制器手冊(cè)[M].北京國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

[2]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制[D].清華大學(xué)出版社，2002

[3]劉瑞新，李樹東，萬朝陽.Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程[M].電子工業(yè)出版社，2000.

[4]祝木田，師勇.Modbus 協(xié)議通訊的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2003

Private Sub MSComm1_OnComm（）

Dim I As Integer '定義整數(shù) I

Dim getData（） As Byte '讀取接收緩沖區(qū)變量 定義字節(jié)型數(shù)組變量

Dim getData_len As Long '判斷讀取長(zhǎng)度 定義長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)

Dim CrcJ（） As Byte '用于校驗(yàn)計(jì)算 定義字節(jié)型數(shù)組變量

Dim j As Integer '定義整數(shù) j

If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的屬性返回的值為comEvReceive時(shí)是發(fā)生了接收事件.

getData = MSComm1.Input '讀取接收緩沖區(qū)內(nèi)容 將緩沖區(qū)內(nèi)容賦值給getData數(shù)組變量。

getData_len = UBound（getData） '返回一個(gè) Long 型數(shù)據(jù)，其值為指定的數(shù)維組可用的最大下標(biāo)

For j = 0 To getData_len '將讀取的字節(jié)變換為字符

Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '將獲取到的數(shù)組變量依次轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，每個(gè)字節(jié)補(bǔ)齊后取2位 組合成一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字符串。

Next j

……

（4）稱重儀表A和稱重儀表B和計(jì)量軟件的通訊

稱重儀表A和稱重儀表B都支持Modbus RTU 協(xié)議，分別對(duì)應(yīng)COM2和COM3串口，編程方式類似對(duì)S7-200PLC的編程，需熟悉稱重儀表的數(shù)據(jù)格式，在此不再贅述。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)碼頭料斗秤計(jì)量軟件通過Modbus RTU 協(xié)議實(shí)現(xiàn)與S7-200PLC信號(hào)交換，通過S7-200PLC中轉(zhuǎn)也實(shí)現(xiàn)了與S7-300PLC的信號(hào)交換。通過信號(hào)的邏輯判斷以及稱重儀表重量數(shù)據(jù)的直接讀取，碼頭船舶大宗原料料斗秤檢斤計(jì)量得到成功實(shí)現(xiàn)，有效解決了買賣雙方之間的矛盾。

S7-200PLC 作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，通過Modbus協(xié)議，不僅可以作為與PC 機(jī)通訊的從站，也可以作為主站，在現(xiàn)代工業(yè)控制中使用相當(dāng)廣泛。利用Modbus協(xié)議開發(fā)通訊程序，不僅能保證系統(tǒng)的可靠性，而且有效降低了開發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子公司SIMATIC S7-200可編程控制器手冊(cè)[M].北京國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

[2]范逸之，陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制[D].清華大學(xué)出版社，2002

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[4]祝木田，師勇.Modbus 協(xié)議通訊的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2003

Private Sub MSComm1_OnComm（）

Dim I As Integer '定義整數(shù) I

Dim getData（） As Byte '讀取接收緩沖區(qū)變量 定義字節(jié)型數(shù)組變量

Dim getData_len As Long '判斷讀取長(zhǎng)度 定義長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)

Dim CrcJ（） As Byte '用于校驗(yàn)計(jì)算 定義字節(jié)型數(shù)組變量

Dim j As Integer '定義整數(shù) j

If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then 'CommEvent的屬性返回的值為comEvReceive時(shí)是發(fā)生了接收事件.

getData = MSComm1.Input '讀取接收緩沖區(qū)內(nèi)容 將緩沖區(qū)內(nèi)容賦值給getData數(shù)組變量。

getData_len = UBound（getData） '返回一個(gè) Long 型數(shù)據(jù)，其值為指定的數(shù)維組可用的最大下標(biāo)

For j = 0 To getData_len '將讀取的字節(jié)變換為字符

Read = Read & Right（“00” + Hex（getData（j））， 2） '將獲取到的數(shù)組變量依次轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，每個(gè)字節(jié)補(bǔ)齊后取2位 組合成一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字符串。

Next j

……

（4）稱重儀表A和稱重儀表B和計(jì)量軟件的通訊

稱重儀表A和稱重儀表B都支持Modbus RTU 協(xié)議，分別對(duì)應(yīng)COM2和COM3串口，編程方式類似對(duì)S7-200PLC的編程，需熟悉稱重儀表的數(shù)據(jù)格式，在此不再贅述。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)碼頭料斗秤計(jì)量軟件通過Modbus RTU 協(xié)議實(shí)現(xiàn)與S7-200PLC信號(hào)交換，通過S7-200PLC中轉(zhuǎn)也實(shí)現(xiàn)了與S7-300PLC的信號(hào)交換。通過信號(hào)的邏輯判斷以及稱重儀表重量數(shù)據(jù)的直接讀取，碼頭船舶大宗原料料斗秤檢斤計(jì)量得到成功實(shí)現(xiàn)，有效解決了買賣雙方之間的矛盾。

S7-200PLC 作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，通過Modbus協(xié)議，不僅可以作為與PC 機(jī)通訊的從站，也可以作為主站，在現(xiàn)代工業(yè)控制中使用相當(dāng)廣泛。利用Modbus協(xié)議開發(fā)通訊程序，不僅能保證系統(tǒng)的可靠性，而且有效降低了開發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)

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