多层电梯PLC控制系统的设计制作电气自动化.docx
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多层电梯PLC控制系统的设计制作电气自动化
学号：
*********
密级：
三级
Xxxx技术学院
毕业论文（设计）
四层电梯PLC控制系统设计
姓名
学科专业
电气自动化
研究方向
PLC控制
指导教师
完成时间
2011年4月
Xxxx技术学院电子工程系
毕业论文（设计）承诺书
本人郑重承诺：
1、本论文（设计）是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研究，独立撰写而成的。
2、本论文（设计）中，所有实验、数据和有关材料均是真实的。
3、本论文（设计）中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或机构已经撰写发表过的研究成果。
4、本论文（设计）如有剽窃他人研究成果的情况，一切后果自负。
毕业论文（设计）作者签名：
签字日期：
年 月 日
毕业论文（设计）版权使用授权书
本论文作者完全了解亳州职业技术学院有关保留、使用论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。
本人授权亳州职业技术学院可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。
论文作者签名：
指导教师签名：
签字日期：
年 月 日 签字日期：
年 月 日
Xxxx技术学院毕业论文（设计）
开题报告书
开题时间：
学生姓名：
指导教师
专业班级：
电气自动化
课题来源
教师命题
毕业设计（论文）题目：
四层电梯PLC控制系统设计
设计目标：
利用PLC可编程序控制的理论知识，设计实现电梯控制。
技术要求：
1）自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）
2）自动响应轿厢服务指令信号
3）自动完成轿厢层楼位置显示
4）自动显示电梯运行方向。
5）具有电梯直达功能和反向最远停站功能。
课题计划及进度安排：
01~02周：
通过查阅资料了解电梯技术及在生活上的应用情况，了解电梯工作原理。
掌握单片机的相关知识及接口技术，为毕业设计打下基础，并写出开题报告。
03~04周：
确定控制方案，构思硬件电路。
05~06周：
毕业实习，每天写实习日志，实习结束后写出实习报告。
07~09周：
设计软件流程图，编写程序，并进行上机调试。
10周：
撰写毕业设计说明书（毕业论文）。
并打印装订说明书。
11周：
准备毕业答辩。
12周：
毕业答辩
参考文献
《PLC可编程序控制》、《电梯原理，使用与维护》、《可编程序控制器及其应用》、《PLC编程实用指南》、
《电气控制与可编程序控制器》、《电梯控制技术》、《FX系列PLC编程及应用》、《PLC应用技术问答》；
序言……………………………………………………………………………………1
1.1电梯………………………………………………………………………………2
1.2可编程控制器
1.3电梯与可编程控制器
第一章电梯发展分类规格参数及组成
1.1概述
1.2电梯的基本分类
1.3电梯的型号
1.4电梯的主要参数及规格尺寸
1.5电梯的组成部件
第二章三菱FX2N系列可编程序控制器介绍
2.1 可编程控制器的基础认识
2.2 可编程序控制器的工作方式及编程语言
2.3 可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较
可编程控制器（PLC）电梯控制系统
【摘要】：
随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。
电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。
【】：
序言
1.1电梯
电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。
目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：
一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。
从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。
国内厂家大多采用答二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点：
1，可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达3~5万小时。
而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；
2，编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。
这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。
当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；
3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。
PLC的体积小，重量轻，便于安装。
一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。
1.2可编程控制器
可编程控制器，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维护人员的技能和习惯，摈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。
用户买到所需要的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，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都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，推动了计算术的普遍应用。
可编程控制器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现在已经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，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。
1.3电梯与可编程控制器
总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在质的差别。
电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。
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、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
因此它已成为电梯运行中的关键技术。
第一章电梯的发展及组成
1.1概述
电梯产品发展简史
据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。
公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858年美国研制出以蒸汽机为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。
1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。
并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。
后来又采用液压泵和控制阀以及直接拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。
但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。
我国电梯的使用历史悠久。
80年代中期以来，随着我国对外开放，对内告活经济的政策深入贯彻执行，随着技术引进工作的进一步开展，在国内建立一批合资和独资电缆生产厂，使我国的电梯工业又取得巨大的发展，我国又新颁布一批具有80年代国际水平的电梯制造标准，随着采用新标准生产的电梯批量推向市场，技术性能和质量明显提高的电梯又进一步促进建筑业和电梯业的发展，电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。
1.2电梯的基本分类
电梯的定义为：
用电力拖动的轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于15°的两列刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。
习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。
目前电梯的基本分类方法大致如下。
1.2.1按用途分类
乘客电梯,为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。
载货电梯,主要为运送货物而设计,通常有人伴随的电梯。
医用电梯,为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。
杂物电梯,供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。
观光电梯,轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。
车辆电梯,用作装运车辆的电梯。
船舶电梯,船舶上使用的电梯。
建筑施工电梯,建筑施工与维修用的电梯。
其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。
1.2.2按驱动方式分类
交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。
根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。
直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。
这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。
液压电梯,一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。
齿轮齿条电梯,将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。
螺杆式电梯,将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。
直线电机驱动的电梯,其动力源是直线电机。
电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。
1.2.3按速度分类
电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。
低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。
中速梯，常指速度在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，速度超过5.00m/s的电梯。
随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。
1.2.4按电梯有无司机分类
有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。
无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。
有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。
1.2.5按操纵控制方式分类
手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。
按钮控制电梯：
是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。
信号控制电梯，这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。
除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。
集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。
并联控制电梯，2～3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。
群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。
群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。
1.2.6其它分类方式
按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。
按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。
此外，还有双层轿厢电梯等。
1.3电梯的型号
随着改革开放，众多国外电梯制造厂家产品涌入国内及兴办合资、独资电梯制造厂。
每个国家都有自己的电梯型号表示方法，合资厂也沿用引进国命名型号的规定使用，无法一一列举。
总体分以下几类：
①以电梯生产厂家公司及生产产品序号如：
TOEC—90，前面的字母是厂家英文字头，为天津奥的斯电梯公司，90代表其产品类型号。
②以英文字头代表电梯的种类，以产品类型序号区分，如：
三菱电梯GPS—Ⅱ，前面字母为英文字头代表产品种类，Ⅱ代表产品类型号。
③以英文字头代表产品种类，配以数字表征电梯参数，如：
“广日”牌电梯，YP—15—CO90，YP表示交流调速电梯，额定乘员15人，中分门，额定速度90m／min。
以及其它表示方法等等。
因此，必须根据其产品说明书了解其参数。
上海三菱电梯公司型号:
载客电梯GPM-III、GPS-III、NexWay、NexWay-S、HOPE-II、LEHY（菱云）、GPS-CR、ELENESSA
载货电梯HOPE-IIG、HYF
观光梯HOPE-S1、HOPE-S2、GPS-III-KX2S、GPS-III-CX7S、GPS-III-HY05S、ELE-NZ10S、ELE-NZ30S、ELE-NZ31S、ELE-HY05S
自动扶梯J系列、A系列、HEP系列
自动人行道C系列
医用电梯GPS-BIII、HOPE-IIB
液压电梯HIVF、HYF
汽车电梯CIC-V
杂物电梯SD-BS
1.4电梯的主要参数及规格尺寸
1.4.1电梯的主要参数
1）额定载重量（kg）：
制造和设计规定的电梯载重量。
2）轿厢尺寸（mm）：
宽×深×高。
3）轿厢形式：
有单或双面开门及其它特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。
4）轿门形式：
有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。
5）开门宽度（mm）：
轿厢门和厅门完全开启的净宽度。
6）开门方向：
人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称为中分门。
7）曳引方式：
常用的有半绕1：
1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。
半绕2：
1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。
全绕1：
1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。
8）额定速度（m/s）：
制造和设计所规定的电梯运行速度。
9）电气控制系统：
包括控制方式、拖动系统的形式等。
如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。
10）停层站数（站）：
凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。
11）提升高度（mm）：
由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。
12）顶层高度（mm）:
由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。
电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。
13）底坑深度（mm）：
由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。
电梯的运行速度越快，底坑一般越深。
14）井道深度（mm）：
由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。
15）井道尺寸（mm）：
宽×深。
1.4.2我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定
为了加强对电梯产品的管理，提高电梯产品的使用效果，国家曾于1974年颁布了JBI435-74、JBI816-74、JB/Z110-74等一批电梯产品的部标准。
电梯的主要参数是电梯制造厂和设计和制造电梯的依据。
用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物。
第二章 三菱FX2N系列可编程序控制器介绍
2.1 可编程控制器的基础认识
1.三菱FX2NPLC的主要特点：
1）集成型高性能。
CPU、电源、输入输出三为一体。
对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。
2）高速运算
基本指令：
0.08μs／指令
应用指令：
1.52～几百μs／指令
3）安心、宽裕的存储器规格
内置8000步RAM存贮器
安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。
4）丰富的软元件范围
辅助继电器：
3072点，定时器：
256点，计数：
235点
数据寄存器；8000点
5）除了具有输入输出16～256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。
6）面向海外的产品适合各种安全规格
为大量实际应用而开发的特殊功能：
开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要----模拟I／O，高速计数器。
对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。
2.PLC的性能指标和分类
1）PLC的主要性能指标
（1）输入／输出点数（I／O点数）
I／O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。
它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。
（2）存储容量
存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。
（3）扫描速度
一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用µs/步。
（4）功能扩展能力
可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如A／D模块、D／A模块、位置控制模块等。
（5）指令系统
指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。
2）PLC的分类
通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。
按结构形式不同,可以分为整体式和模块式两类。
按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。
3.PLC系统的组成
PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。
PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。
1）PLC的硬件结构
一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入／输出接口、内部电源）、I／O扩展单元及外部设备组成。
图2-1为PLC的硬件结构图。
图2-1PLC的硬件结构图
2）PLC的软件
PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。
系统程序：
包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。
用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。
2.2 可编程序控制器的工作方式及编程语言
2.2.1 PLC的工作方式
1.PLC的扫描工作方式
图2-2PLC的扫描过程
可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。
从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。
然后再从头开始扫描，并周而复始地重要进行。
可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-2所示，包括五个阶段：
内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。
PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。
扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。
2.PLC的程序执行过程
PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-3所示。
图2-3PLC的程序执行过程
3.PLC的扫描周期
在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。
即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。
4.PLC的I／O响应时间
PLC采用集中I／O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。
输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。
2.2.2 PLC的编程语言
PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。
其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。
本课题所采用的编程语言为梯形图语言。
2.3 可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较
在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：
1.继电器—接触器控制系统
这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。
优点：
与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。
缺点：
动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。
因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。
2.微机控制系统
电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。
因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。
因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。
虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。
但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。
其缺点是：
微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。
因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。
此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。
但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。
综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。
3.PLC控制系统
PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。
它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。
总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。
它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。
第三章 交流双速电梯的电气设计
3.1 交流双速电梯的基本工作原理
3.1.1 交流双速电梯的主电路
图3-1是交流双速电梯的主电路图。
图中M1为电梯专用型双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或者低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的
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