学位论文基于plc的炮弹称重喷码系统设计.docx
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学位论文基于plc的炮弹称重喷码系统设计
毕业设计
题目：
基于PLC的炮弹称重喷码设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
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使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位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和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
1绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1本课题的研究意义
在现代战争中炮弹已经是制胜的重要武器，而炮弹的重量对命中率有着至关重要的影响，因此，炮弹在使用前，必须要经过精确称重，以免影响命中精度，但目前大多数企业对炮弹称重时将炮弹搬到秤上，这样效率较低，生产劳动强度比较大。
炮弹称重系统正是基于解决以上问题而开发的，其工作原理是：
首先由设计的升降台将炮弹升降到称重运输带上，这样的设计克服了人工输送的繁琐劳动了放置的不稳定，然后由称重系统的传输带对炮弹进行缓慢运输，等待称重传感器的数据稳定，通过传输带对炮弹进行运输到系统的分离区，最后通过辨别合格与不合格将炮弹分离开并进行相应的重量打字操作。
当称重传感器所称出的重量符合要求，也就是属于合格的炮弹，则会通过传送带，传送到合格区域，进行相应的打字处理。
同时炮弹总数显示数据会自动增加，合格炮弹数据也会显示增加，不合格炮弹数据则不会增加；当称重传感器所称出的重量不符合要求，也就是属于不合格的炮弹，则会通过传送带，传送到不合格区域，也进行相应的打字处理。
同时炮弹总数显示数据会自动增加，合格炮弹数据不会显示增加，而不合格炮弹数据则会显示增加。
而现代自动化工业中，PLC的应用已经是越来越广泛。
1.1.2PLC的发展及应用
早期的PLC（20世纪60年代末—70年代中期）一般称为可编程逻辑控制器。
这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能一般只用于单一工序的自动控制。
它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。
装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。
另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。
在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。
因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。
2） 中期 的PLC（20 世纪70 年代中期—80 年代中，后期）在微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。
美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）。
这样，使PLC 功能大大增强。
在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算，计时，计数等功能以外，还增加了算术运算，数据处理和传送，通讯，自诊断等功能。
在硬件方面， 除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块，远程I/O 模块，各种特殊功能模块。
并扩大了存储器的容量， 使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 应用范围得以扩大。
3） 近期的PLC（20 世纪80 年代中后期至今）进入20 世纪80 年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展， 微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。
而且，为了进一步提高PLC 的处理速度， 各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。
这样使得PLC 软硬件功能发生了巨大变化。
跨入21 世纪后，不论是硬件还是系统软件（专用操作系统、编程语言），以至于联网通信，PLC 正在向标准化方向发展，以谋求在ERP，MES 和PCS 的3 层体系结构中立于不败之地，更好地满足工业生产，管理及经营系统不断追求降低成本，快速响应，综合和整体高效，从而增强产品竞争力的要求。
目前在很多行业中，尤其在低端OEM行业中，继电器或单片机的应用还非常普遍。
单片机一般用于工控产品或民用产品大批量的开发，但是单片机必须从底层硬件做开发，对普通用户难度大，周期长，无法在使用过程中修改功能，难以达到工业环境应用，所以在一些应用环境相对较好的场合有大量应用。
PLC相对单片机自行开发的系统而言，首先在软件上多了一套可编程逻辑语言，方便将梯形图转换为控制指令，其次在硬件上集成了电源电路，加强了抗干扰措施，更适合工业环境使用。
1.1.3可编程逻辑控制器的特点
1、使用方便，编程简单
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
2、功能强，性能价格比高
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。
它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。
PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。
硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
4、可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
5、系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。
完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
6、维修工作量小，维修方便
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。
PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。
1.1.4PLC的编程语言
PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。
根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。
PLC的编程语言包括以下五种：
梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。
1、梯形图语言（LD）
梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。
它是与继电器线路类似的一种编程语言。
由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。
梯形图编程语言的特点是：
与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。
梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。
2、指令表语言（IL）
指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。
在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。
同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。
图3就是与图2PLC梯形图对应的指令表。
指令表表编程语言的特点是：
采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。
其特点与梯形图语言基本一致。
3、功能模块图语言（FBD）
功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。
采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。
图4是对应图1交流异步电动机直接启动的功能模块图编程语言的表达方式。
功能模块图编程语言的特点：
功能模块图程序设计语言的特点是：
以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。
4、顺序功能流程图语言（SFC）
顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。
编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。
每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。
在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。
这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。
用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。
图5是一个简单的功能流程编程语言的示意图。
顺序功能流程图编程语言的特点：
以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。
5、结构化文本语言（ST）
结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。
它是类似于高级语言的一种编程语言。
在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。
主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。
结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。
大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。
结构化文本编程语言的特点：
采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高。
直观性和操作性较差。
不同型号的PLC编程软件对以上五种编程语言的支持种类是不同的，早期的PLC仅仅支持梯形图编程语言和指令表编程语言。
目前的PLC对梯形图（LD）、指令表（STL）、功能模块图（FBD）编程语言都以支持。
比如，SIMATICSTEP7MicroWINV3.2。
在PLC控制系统设计中，要求设计人员不但对PLC的硬件性能了解外，也要了解PLC对编程语言支持的种类。
1.2喷码机介绍
喷码机是一种通过软件控制，使用非接触方式在产品上进行标识的设备。
按照工作原理来分类分为连续式喷墨技术（continueinkjetprinter）简称CIJ，按需喷墨技术（dropondemand）简称DOD。
喷码机，按照其实现的方式不同又分为，压电喷墨技术、压阀式喷墨技术、和热发泡喷墨技术（ThermalInkjetTechnolog），简称TIJ。
根据以上原理可以将喷码机分为：
小字符喷码机，大字符喷码机，高清晰喷码机。
喷码机是一种高科技产品。
涉及到多个科学领域，喷码机的工作原理相同，但每种机器的技术在墨路系统、喷印系统、软件控制、电子系统上各有不同或者有细微的差别。
喷码机是运用带电的墨水微粒，由高压电场偏转的原理，在各种物体表面上喷印上图案文字和数码，是集机电一体化的高科技产品。
产品广泛应用于食品工业、化妆品工业、医药工业、汽车等零件加工行业、电线电缆行业、铝塑管行业、烟酒行业以及其它领域。
可用于喷印生产日期、批号、条型码以及商标图案、防伪标记和中文字样，是贯彻卫生法和促进包装现代化强有力的设备。
1.2.1喷码机分类
1、连续喷墨技术（continueinkjetprinter）
在墨水供给泵的压力作用下，油墨从墨水箱经过墨路管道，调节压力、粘度、进入喷枪，随着压力的持续，油墨从喷嘴喷射出，油墨在经过喷嘴时，受压电晶体的作用断裂成一串连续的、间距相等且大小相同的墨滴，喷射墨流向下继续运动经过充电极被充电，在充电极中墨滴从墨线中分离出来。
充电极上加了一定的电压，当墨滴从导电墨线分离出来的时候会在瞬间带上与充电极所加电压成正比例的负电荷。
通过改变充电极的电压频率，使其与墨滴断裂的频率相同，这样可给每一个墨滴都充上预定的负电荷，在压力的持续下，墨流继续向下运动，从两个分别带有正负电压的偏转板中间通过，带电的墨滴经过偏转板时会发生偏转，偏转程度取决于所带电荷的多少，不带电的墨滴不发生偏转，一直向下飞行，流入回收管，最终经回收管道回到油墨箱中循环使用。
带电并偏转的墨滴以一定的速度和角度落到从垂直喷头的前面经过的物体上。
2、按需喷墨技术（dropondemand）
按需喷墨技术的喷码机分为三种，压电式喷墨技术、压阀式喷墨技术、热发泡式喷墨技术，每种的工作原理也不相同。
（1）压电式喷墨技术：
压电式喷码机又叫高解析喷码机或者高解像喷码机，集成的喷头上，由128或者更多个压电晶体分别来控制喷嘴板上的多个个喷孔，通过CPU的处理，再通过驱动板输出一连串的电信号给各个压电晶体，压电晶体产生变形，这样油墨便从喷嘴中喷射出来，落在移动的物品表面，形成点阵，从而形成文字，数字或图形。
然后，压电晶体恢复原状，由于油墨表面张力作用，新的油墨进入喷嘴。
因为每平方厘米的墨点密度很大，所以应用压电技术可以喷印高质量的文字、复杂的徽标和条形码等信息。
（2）电磁阀式喷码机（大字符喷码机）：
喷头由7组或者16组高精密智能微形阀门组成，在喷印时，要喷印的字符或图形通过电脑主板的处理，通过输出板输出一连串的电信号给智能微形电磁阀，阀门迅速启闭，墨水依靠内部恒定压力成墨点喷出，墨点在运动的被喷印物表面形成字符或图形。
3、热发泡喷墨技术（ThermalInkjetTechnolog）
简称TIJ，是利用一个薄膜电阻器，在墨水喷出区中将小于0．5%的墨水加热，形成一个汽泡。
这个汽泡以极快的速度（小于10微秒）扩展开来，迫使墨滴从喷嘴喷出。
汽泡再继续成长数微秒，便消逝回到电阻器上。
当汽泡消逝，喷嘴的墨水便缩回。
接着表面张力会产生吸力。
1.2.2喷码机应用分类
1、小字符喷码机
喷码机是利用油墨带电偏转的方式将墨点偏移出正常的飞行路线，射向工作物的表面，利用给墨滴充电的电量控制每一个墨滴的位置。
通常墨滴只有垂直方向的变化，必须使被喷印物和喷头相对移动，才可形成我们想要打印的资料。
喷码机标识有以下的优点：
（1）非接触
由于是喷射的油墨，与工作物表面并不需要直接接触，不会破坏被喷印物表面
（2）速度快
以汽水可乐的生产为例，每分钟可达1000瓶以上。
（3）容易编辑和修改喷印资料内容
在不用连接电脑的情况下编辑内容时也可加入日期时间、流水号码、批号等会变动性的资料，喷印图片时U盘直接插入即可。
（4）喷码机应用的表面材质广泛
喷码机有各种不同的墨水可供选择，不论是纸张、塑胶、金属、玻璃、坚硬的表面或是柔软易碎的表面均可得到良好的喷印效果。
2、大字符喷码机
如果是7个点的喷头就有7个独立的阀门控制其喷印的字体较大，一般应用于外箱、外包装上或是大型的工件上，如粗水管或石棉板、隔热板等工件。
自上世纪70年代，麦修斯MatthewsSwedot分公司研制出世界上第一台大字符喷码机以来，产品在全球大字符喷码机市场一直保持占有率第一的位置。
在世界范围内，成功为客户安装调试了超过50万个大字机喷头,其8000系列产品最多单喷头一次性喷印5行，运行速度为240米/分。
小字符系列，高清晰系列，大字机系列和激光机系列等专业喷码机，广泛应用于食品，建材，电子，印刷等行业。
3、高解析喷码机
高解析喷码机在原理上属于DOD（按需供墨）式喷墨打印，一般使用XAAR公司生产的喷头，特点是喷印内容解析度高。
高解析喷印机又叫高解析喷码机、高解像喷码机，其喷头跟办公室使用的打印机是属于同一种的方式，都属于DOD式，在喷嘴上密布式排列了很多的小孔径喷孔，这一特点决定了该类机器一般采用油性墨，而油性墨只有喷在吸附性材料，如不覆膜的纸张、不覆膜的木板等，墨水才会干的快。
若是喷在塑料或者金属等非吸附性材料上，墨水干燥时间会更长。
高解像喷码机有更大范围的字符高度1.2mm--17mm
可喷印数字点阵式字体（仿点阵），汉字无法使用点阵，高解像字体印刷体，甚至可以喷印电脑上的任意字体。
喷印速度不受字型点阵影响，最快可达到60m/min。
机器运行时，按需喷墨，墨水不循环使用，，墨水浓度始终如一。
不需添加稀释剂（溶剂），运行成本比CIJ式低。
墨水不需回收，供墨系统密封良好，避免墨水污染。
墨水直接喷出，自带压力，无需压力泵或其他设备提供压力。
高解析喷码机的缺
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