自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用

劉希武，陳陽，解俊朋

[摘? ? 要]? 隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人工智能已經(jīng)逐步走進(jìn)了各行各業(yè)。在自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中，智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也逐漸凸顯出來，嵌入式的微型計(jì)算機(jī)改變了傳統(tǒng)自動(dòng)化儀表的結(jié)構(gòu)概念，全新的自動(dòng)化儀表智能化、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)代自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的主流，并且對(duì)該系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。文章圍繞自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行集中探討。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)化;儀表控制系統(tǒng);技術(shù);實(shí)際應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TP216;TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）02–00–03

Technology and Application of Automatic Instrument Control System

Liu Xi-wu，Chen Yang，Xie Jun-peng

[Abstract]With the continuous development and progress of modern science and technology， artificial intelligence has gradually entered all walks of life. In the automatic instrument control system applied to equipment， the advantages of intelligent technology are also gradually highlighted. The embedded microcomputer has changed the structural concept of traditional automatic instruments. The new intelligent and networked design of automatic instruments has become the mainstream of contemporary automatic instrument control system， and has a far-reaching impact on the practical development of the system. This paper focuses on the technology and application of automatic instrument control system.

[Keywords]automation; instrument control system; technology; practical application

1 自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 超強(qiáng)的存儲(chǔ)能力

儀表控制系統(tǒng)的主要功能是針對(duì)環(huán)境以及設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題和漏洞。在傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)中，對(duì)于工作人員的能力有著較強(qiáng)的要求，需要他們清晰準(zhǔn)確地讀出儀表中的數(shù)字，并且對(duì)它的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，但是由于儀表類型的多樣，導(dǎo)致在讀數(shù)和信息整合上具有一定的復(fù)雜性，而且工作人員需要根據(jù)儀表在工作中的不同狀態(tài)進(jìn)行記錄，這就促使儀表記錄分析工作人員需要通過短期或者長(zhǎng)期檢查監(jiān)控儀表來獲得完整數(shù)據(jù)，從而極大地增加了工作人員的工作量，并且由于人工操作原因，會(huì)造成儀表記錄數(shù)據(jù)在某些情況下不完整，難以通過人工記錄的數(shù)據(jù)反映出設(shè)備的整體運(yùn)行情況，同時(shí)對(duì)于一些設(shè)備管道內(nèi)氣壓、溫度參數(shù)變化，一些儀表經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用導(dǎo)致參數(shù)并不是很準(zhǔn)確，從而對(duì)設(shè)備的具體運(yùn)行產(chǎn)生影響。

但是在自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化操作，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)儀表數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且這些監(jiān)控得來的數(shù)據(jù)也能夠在第一時(shí)間輸入到后臺(tái)的中央處理器中，對(duì)于每一時(shí)段的運(yùn)行數(shù)據(jù)都能夠詳盡存儲(chǔ)，并且可以隨時(shí)根據(jù)相關(guān)需要提取這些歸檔數(shù)據(jù)，這就極大方便了設(shè)備管理人員針對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的后期分析處理，從而為設(shè)備的正常運(yùn)行提供幫助。

1.2 強(qiáng)大的運(yùn)算能力及數(shù)據(jù)處理能力

自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中內(nèi)嵌了微型計(jì)算機(jī)，這就使得整個(gè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力和運(yùn)算能力極大提升，真正實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的數(shù)字化管理。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)記錄設(shè)備的所有數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)性判斷，具有代表性的數(shù)據(jù)會(huì)以圖像的形式分析處理，從而將設(shè)備某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)變化完全通過圖像直觀展現(xiàn)出來，設(shè)備管理人員能夠利用計(jì)算機(jī)顯示器直觀地從圖像上獲得設(shè)備的具體運(yùn)行情況。自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)兼具數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出功能，這一系列的功能能夠?yàn)樵O(shè)備的運(yùn)行提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為設(shè)備的維護(hù)和管理工作提供了便利。

1.3 良好的可延展性

與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)能夠利用軟件程序代替原本復(fù)雜的硬件處理器，這樣就避免了硬件處理器經(jīng)常出現(xiàn)故障的弊端，同時(shí)讓數(shù)據(jù)分析更為精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的數(shù)字化管理。

自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)本身具備良好的可延展性，也就是說該系統(tǒng)不需要在系統(tǒng)外部增加硬件設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)性能提升，想要拓展自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的性能僅需要在系統(tǒng)內(nèi)部安裝相關(guān)的控制軟件，或者對(duì)原有的控制軟件進(jìn)行升級(jí)即可，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用功能拓展，并且從根本上提升系統(tǒng)性能。這種系統(tǒng)性能提升機(jī)制類似于智能化設(shè)備的系統(tǒng)升級(jí)功能，簡(jiǎn)單來說就是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來遠(yuǎn)程傳輸升級(jí)程序，或者通過外置軟件來向自動(dòng)化儀表系統(tǒng)輸入升級(jí)程序，這種系統(tǒng)的拓展操作非常簡(jiǎn)單，并且拓展效果良好。自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)還能夠?yàn)楣δ芡卣购蛢?yōu)化提供可視化操作，使得程序設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)化，并且這種便捷的軟件升級(jí)無需重復(fù)編程或者更換電路就能夠?qū)崿F(xiàn)，根據(jù)設(shè)備的基本情況和具體運(yùn)行情況來進(jìn)行拓展升級(jí)無疑為系統(tǒng)后期的維護(hù)管理工作提供了便利。因此對(duì)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)實(shí)施有計(jì)劃的系統(tǒng)拓展是該系統(tǒng)良好拓展性的核心。

2 自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)分析

PCS技術(shù)是自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，該技術(shù)主要是指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的具體流程進(jìn)行自動(dòng)化控制，并通過提高生產(chǎn)工藝水平促使工業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)度得到提升，從而保證工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量得到強(qiáng)化，讓工業(yè)產(chǎn)品能夠依靠質(zhì)量在市場(chǎng)中占據(jù)一席之地。ERP系統(tǒng)則是企業(yè)資源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在大多數(shù)工業(yè)制造企業(yè)、物流企業(yè)、人力資源企業(yè)等都有應(yīng)用，因此是一種應(yīng)用范圍極為廣泛的資源管理系統(tǒng)，同時(shí)廣泛的應(yīng)用也證明了該系統(tǒng)強(qiáng)大的資源管理功能。企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策和活動(dòng)開展都需要依據(jù)ERP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)作為參考依據(jù)，同時(shí)這些數(shù)據(jù)也能夠?yàn)槠髽I(yè)管理措施提供創(chuàng)新依據(jù)，讓企業(yè)整體管理水平得到提升。管理工作運(yùn)行的效率則可以通過企業(yè)的財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)呈現(xiàn)出來，也就是說ERP系統(tǒng)是企業(yè)財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)的橫向參考系統(tǒng)。

自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)應(yīng)用的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化控制，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題，讓設(shè)備在維持正常運(yùn)行的情況下保證安全性和穩(wěn)定性。在自動(dòng)儀表控制系統(tǒng)中增設(shè)電腦芯片不僅能夠促使系統(tǒng)構(gòu)成更為豐富，同時(shí)整個(gè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性也得到了提升。通過將PCS技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中，能夠促使該系統(tǒng)的控制工作開展精準(zhǔn)性得到大幅提升。

3 自動(dòng)化儀表安裝調(diào)試技術(shù)要點(diǎn)

3.1 加強(qiáng)壓力儀表應(yīng)用

壓力儀表的數(shù)量眾多，如果出現(xiàn)質(zhì)量問題，可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重后果，所以，在壓力儀表安裝質(zhì)量管理過程中，管理人員要加強(qiáng)設(shè)備管理，做好設(shè)備調(diào)試，壓力表的示值應(yīng)按5/1分度值進(jìn)行檢定，檢定過程中，標(biāo)準(zhǔn)表按照對(duì)線讀數(shù)的方式進(jìn)行檢定，被檢表按照估計(jì)讀數(shù)的方式進(jìn)行調(diào)試檢測(cè)。對(duì)于檢測(cè)過程產(chǎn)生的誤差，需要根據(jù)規(guī)范進(jìn)行校正，并在誤差檢測(cè)完成后進(jìn)行相關(guān)記錄。在根本環(huán)節(jié)上對(duì)壓力儀表質(zhì)量進(jìn)行把控，全面肅清運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。在每一種壓力儀表安裝之前，都要進(jìn)行全面系統(tǒng)的檢測(cè)調(diào)試，管理人員還要進(jìn)行外觀檢測(cè)，檢查是否存在外觀缺陷以及零件脫離的問題，發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題要及時(shí)的進(jìn)行返廠處理，在確保壓力儀表無誤的情況下，才能正式進(jìn)行安裝。

3.2 自動(dòng)化儀表調(diào)試技術(shù)

儀器安裝完成后，需要進(jìn)行調(diào)試。只有通過儀器的正常調(diào)試才能投入生產(chǎn)和運(yùn)行。儀器調(diào)試包括兩個(gè)方面：全面調(diào)試和部分調(diào)試。整體調(diào)試是將自動(dòng)化儀表的參數(shù)設(shè)置為生產(chǎn)運(yùn)行中使用的參數(shù)，模擬正常生產(chǎn)過程的狀態(tài)，觀察儀表可能出現(xiàn)的異常情況。本地調(diào)試是用于調(diào)試的某些部分儀器參數(shù)值，如壓力或溫度。在本地調(diào)試時(shí)，可以根據(jù)需要拆分或更換安裝的儀器。調(diào)試完成后，再次安裝。雖然嚴(yán)格按照規(guī)定安裝儀表，但安裝過程中可能仍然有損壞，甚至丟失。如果此時(shí)儀器投入使用，將明顯影響儀器的正常使用。

3.3 調(diào)試技術(shù)中的技術(shù)人員管理

自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的調(diào)試工作需要從儀表的精細(xì)性、功能性等不同方面進(jìn)行管控，對(duì)于技術(shù)人員有著較高的要求，為了提高自動(dòng)化儀表系統(tǒng)在應(yīng)用中的有效性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)試中存在的問題和漏洞，有關(guān)部門需要從人員管理上進(jìn)行優(yōu)化。①需要增強(qiáng)技術(shù)人員的專業(yè)技能，為他們提供學(xué)習(xí)的平臺(tái)，就自動(dòng)化儀表在安裝以及調(diào)試中的要點(diǎn)進(jìn)行了解，并且對(duì)一些先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行整理，為后續(xù)的調(diào)試提供相應(yīng)的保障。

②加強(qiáng)技術(shù)人員的綜合素質(zhì)，將獎(jiǎng)懲措施、績(jī)效管理等方法應(yīng)用到其中，確保技術(shù)人員可以主動(dòng)地就調(diào)試信息進(jìn)行記錄和傳達(dá)，避免調(diào)試技術(shù)應(yīng)用中的滯后性。

4 自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

4.1 控制系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1.1 傳感技術(shù)的應(yīng)用

在自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中，需要應(yīng)用先進(jìn)的傳感技術(shù)來提高自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)直接影響到設(shè)備運(yùn)行的控制水平。傳感器能夠在控制系統(tǒng)傳統(tǒng)調(diào)節(jié)模式下起到非常重要的作用，傳感器主要是依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)來調(diào)節(jié)非線性的、前置的或者后滯的內(nèi)容，進(jìn)而解決自動(dòng)化儀表中出現(xiàn)多線程問題時(shí)的儀表數(shù)據(jù)反饋緩慢問題。在選擇傳感器的材料過程中，要將傳感器的性能作為首選要素，只有傳感器具備強(qiáng)大的性能才能夠確保自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)擁有良好的功能，并且需要選用先進(jìn)的材料和設(shè)備來制造傳感器，這樣傳感器才能夠在兼具科技性的同時(shí)擁有良好的運(yùn)行效果。通過在自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中添加新型傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)該系統(tǒng)的集成化操作和控制。

4.1.2 智能化調(diào)節(jié)器的應(yīng)用

自動(dòng)化儀表中內(nèi)嵌的微型處理器是自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的重要組成部分，近年來，隨著各種科技的不斷發(fā)展，很多新型的技術(shù)設(shè)備也被開發(fā)出來，微處理器技術(shù)正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生的，運(yùn)用微處理器調(diào)節(jié)能夠促使自動(dòng)化儀表向著智能化方向邁進(jìn)。在自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中，一般會(huì)采用數(shù)字化的管理模式，這種管理模式能夠促使系統(tǒng)調(diào)節(jié)器更為智能化，并且不斷強(qiáng)化自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)分析處理能力，在數(shù)字化管理模式的加持下，能夠?qū)崿F(xiàn)幾種編制信號(hào)同時(shí)輸入，從而提升自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率，并為系統(tǒng)操作者的監(jiān)控提供便捷。因此，在自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中，需要應(yīng)用全新的智能化調(diào)節(jié)器，摒棄傳統(tǒng)儀表的調(diào)節(jié)器，將智能化的操作帶到設(shè)備管理控制中，促使整個(gè)系統(tǒng)操作起來更加方便，并且讓設(shè)備運(yùn)行更為流暢。智能化調(diào)節(jié)器對(duì)于實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此能夠兼容不同自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，促使系統(tǒng)的實(shí)際性能得到提升。

4.1.3 可編程控制器的應(yīng)用

可編程控制器數(shù)字電子控制系統(tǒng)，可以利用已經(jīng)編制好的程序存儲(chǔ)器，在輸入與輸出接口的方式下實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的邏輯運(yùn)算，在自動(dòng)化儀表的控制系統(tǒng)中有著重要的作用?？删幊炭刂圃趯?shí)際的應(yīng)用中以微處理器為核心要點(diǎn)，它具有自動(dòng)化的特點(diǎn)，有著不同的功能模塊，當(dāng)投入運(yùn)行時(shí)，需要根據(jù)自動(dòng)化儀表的功能特點(diǎn)進(jìn)行類型的選擇，確保可編程控制器在應(yīng)用中的可靠性。自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中的可編程控制器可以將軟件和硬件系統(tǒng)結(jié)合到一起，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，可以根據(jù)自動(dòng)化儀表的使用環(huán)境進(jìn)行改造，便于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝以及調(diào)試等工作。此外，可編程控制器可以簡(jiǎn)化原有的控制流程，通過順序控制器等設(shè)備的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)部分繼電器的替代，在安裝工作中需要從電源接線、接地以及輸入輸出連接等不同的方式入手，確保系統(tǒng)應(yīng)用的穩(wěn)定性。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)

4.2.1 自動(dòng)儀表總體發(fā)展趨勢(shì)

過程系統(tǒng)控制的自動(dòng)化需要一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，讓現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表承擔(dān)部分控制功能，現(xiàn)場(chǎng)儀表的自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由變送器、在線分析處理器以及其他檢測(cè)元件組成?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用促使自動(dòng)化儀表的過程控制變得可行，并且儀表組件集中和分布式測(cè)試能夠促使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果更為良好。目前對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的集中監(jiān)控很難滿足大范圍的、復(fù)雜的、操控距離過遠(yuǎn)的監(jiān)控需要。因此需要及時(shí)組建能夠滿足不同現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求的數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線就是在這種需求的背景下誕生的。現(xiàn)場(chǎng)總線的概念是在不同現(xiàn)場(chǎng)儀表和中央控制系統(tǒng)之間形成一種開放式的、數(shù)字化的通信系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行雙向的、分階段的、多站式的傳輸。目前自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用中最為明顯的表現(xiàn)形式就是現(xiàn)場(chǎng)總線，這對(duì)于自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。

4.2.2 開放性系統(tǒng)發(fā)展

在未來的發(fā)展進(jìn)程中，自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)還將應(yīng)用到不同的領(lǐng)域。為了確保系統(tǒng)連接的穩(wěn)定性，需要加強(qiáng)控制系統(tǒng)在開放性方面的研究工作，除了接口協(xié)議上的擴(kuò)展外，還應(yīng)該對(duì)它的連接方式進(jìn)行優(yōu)化，將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等應(yīng)用到其中，擴(kuò)大原有的系統(tǒng)發(fā)展范疇。例如可以將USB接口以及局域網(wǎng)接口等于自動(dòng)化儀表結(jié)合到一起，形成完善的框架體系，便于自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的測(cè)試以及安裝等環(huán)節(jié)。此外，在開放性系統(tǒng)的發(fā)展中，工作人員還應(yīng)該將其與智能化等技術(shù)結(jié)合到一起，盡量確保在功能上的合理研究，使得儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)可以以不同的方式呈現(xiàn)。

4.2.3 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的發(fā)展

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用了計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)，這種技術(shù)上的集成能夠讓儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備加入到工廠的信息網(wǎng)絡(luò)中，并通過信息網(wǎng)絡(luò)來傳遞儀表設(shè)備監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息，促使儀表的智能化發(fā)揮出有效作用。目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用越來越廣泛，因此自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展是未來工業(yè)發(fā)展的主要方向。在未來，極有可能出現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系為主體的自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)，在當(dāng)代，可以統(tǒng)稱這種網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用儀表為IP智能現(xiàn)場(chǎng)儀表。該儀表主要是應(yīng)用嵌入式網(wǎng)絡(luò)的控制結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)貫穿到網(wǎng)絡(luò)的不同層次中，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化和工廠自動(dòng)化的無縫銜接。

5 結(jié)束語

自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)在當(dāng)代發(fā)展中集成了智能化技術(shù)，促使自動(dòng)化儀表不僅改變了儀表本身的性能，而且促使控制網(wǎng)絡(luò)的機(jī)構(gòu)體系發(fā)生變化，不再僅僅是功能單一的定向結(jié)構(gòu)，而是一種適應(yīng)性和功能性越來越強(qiáng)大的設(shè)備數(shù)據(jù)檢測(cè)管理系統(tǒng)。新一代的智能化儀表將在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的加持下獲得長(zhǎng)效發(fā)展，并在越來越多的現(xiàn)場(chǎng)使用。

參考文獻(xiàn)

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