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非标自动化电气设计流程及规范实用文档

非标自动化电气设计流程及规范实用文档

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电气设计流程及规范

✧电气设计实施时间:

签订商务合同,成立项目后,电气工程师进入项目组。

✧电气设计的阶段性要求:

每个阶段都必须有书面的成果物(文件)。

✧电气设计阶段划分:

需求确认、电气方案设计、电气工艺设计、项目竣工资料

一、需求确认

调研结论按下表填写(文件1)

二、电气方案设计

电气方案和机械方案息息相关,不可脱节于机械设计方案。

机械设计方案的确定,也需要电气的可实现性、易实现性、高性价比、高可靠性等作为依据。

根据现场布局、客户要求,设计动作流程图。

按工位、或工段进行划分;输出表格文件.

1、动作总图(文件2)

用表格格式,表达出全部的动作。

相当于一个动作概图,并标注出人工工位、自动工位.如下:

也可以输出PPT文档格式,如4.0工厂项目:

2、工位、工段流程图(文件3)

用流程图方式,一个工位或工段做在一个工作表中,有多个工位或工段汇总在同一个工作薄.

     

3、工位选型图(文件4)

用表格格式,用于说明各工位的硬件配置。

比如马达的类型和品牌要求,PLC类型和品牌要求等。

并写明选择依据。

4、总线通讯拓扑图(文件5)

例图:

·或者

5、节拍计算表(文件6)

6、采购清单(文件7)

这部分包括两种清单:

①各类物料的汇总清单,用于采购下单。

②箱柜清单,以每个电箱或电柜为单位整理的清单。

用于电气原理图制作及电气装配施工.

7、单线原理图(文件8)

8、箱柜位置图(文件9)

在布局图中标示电箱最终确定位置,方便电缆的布线,并对每个箱子或者柜子进行命名编号。

并与机械工程师、客户技术负责人确认布局后,定稿签署作为现场施工的依据。

例图:

9、IO表(文件10)

指定分配PLC的每个输入、出点所连接的设备。

多工位的项目,按工位进行定义.例图:

10、工段编号图(文件11)

每个工段或工位,都需要命名一个编号。

便于在后面编程、施工过程中,能够准确指向某一工段。

比如按工位编码、按物流方向的输送机顺序号编码,若布局图里的工位显示编码,尽量与其保持一致,方便机电人员沟通等等,不要超过4个符号长度,由1-2个字母+两个数字。

例图:

编号和机械工程师统一。

便于管理和沟通。

11、验证计划表(文件12)

用于有些工位需验证节拍或可行性等技术问题.列出实施计划,并按计划进行采购、组装和验证。

目前大多数的项目需要这个环节。

三、电气工艺设计

1、多线原理图绘制(文件13)

2、设备(元件)编码图(文件14)

对柜外元件进行编码,要注明元件的型号类型。

并图示安装位置,以便现场安装和维护。

中的设备标识符+编号进行编码.用3D截图+标注的方式,更容易表达清楚。

例图:

3、箱柜布局图绘制(文件15)

各箱柜内,电气安装板布局的设计。

及门板开孔图和标牌图。

并确定箱柜具体尺寸、颜色、风扇、照明和数量等,然后下单购买。

注意预留备用模块安装空间,防止增加模块时没有安装空间.

4、箱柜清单(文件16)

以每个箱柜为单位,整理出每个箱柜内安装的元件清单。

便于生产领料,按柜子进行领料,防止多领后丢失。

可以由软件生成,也可以人工整理。

后面要求品质进行核对检验时并以此清单为依据。

5、端子图各箱柜内,端子排的设计。

各种规格型号,有多少个;每个线号是多少,方便接线。

端子的备用数量,与备用IO数量一致,空间允许时,也要考虑可扩展性。

(文件17)

6、电缆表(文件18)

各箱柜外部,电缆各种规格的,需要多长。

并每根电缆命名编号或编码,写明从哪里到哪里。

7、线缆走线图(文件19)

与机械工程师确认桥架、管线的安装位置和安装路径,机械设计时要设计好安装孔位,并预留好空间。

其中桥架的安装位置和路径,要与客户技术负责人确认后,定稿作为施工依据.

8、安装附件分配表(文件20)

波纹管、管接头(PG头)、防水接头、航空插头等配置表。

箱柜要预留孔位。

9、程序编写及计划(文件21)

程序的编写,大家都不陌生。

目前依然按自己习惯的方式,并兼顾可读性、可转手的原则。

触摸屏的风格和格式,最近会整理出来.PLC的风格和格式,要求同个项目,只能是同一种风格和格式。

针对这一环节,制定计划表。

10、调试计划表(文件22)

制定调试的计划表。

用于评估交期,及有计划性的开展工作.

调试过程中发,必须填写记录表.

四、项目竣工资料

1操作说明书(文件23)

指导客户认识、使用、操作、调试设备。

2、维护说明书(文件24)

指导客户的设备维护人员进行日常维护。

3、备品备件清单(文件25)

可能损坏的元件清单,需要我们购买后提供给客户作为备件。

一般在技术协议中会指定类别型号或数量,如果未指定,就提供一些可能损坏的传感器、吸盘。

4、耗材清单(文件26)

使用中消耗的物料清单。

目的是提醒客户购买和备货,防止消耗完后因缺料停机。

一般包括粘尘纸,打印纸,喷码机的油墨、溶剂、过滤器等。

5、点检表(文件27)

*注意事项*

1、注意有些工况,需要考虑机柜空调、除湿器;

2、大制动电阻,因为热量和尺寸都有点大,需要安装在柜外;

3、高海拔的工况,功率会变低,因此选型时要增大功率;

4、国外项目,要注意电源等级及频率;

 

自动化及仪表培训讲义

 

第一章仪表的分类与误差

第一节仪表的分类

检测和过程控制仪表的分类方法很多,根据不同的原则可以作进行相应的分类。

例如按仪表使用的能源分,可以分为气动仪表和电动表和液动仪表;根据仪表的组合形式可以分为基地式仪表,单元组合仪表和综合控制装置;按仪表的安装形式可以分为现场仪表;盘装仪表和架装仪表;根据仪表有否引入微处理器又可以分为智能仪表和非智能仪表,根据仪表的信号又可以分为模拟仪表和数字仪表。

检测与过程控制仪表最通用的分类是按仪表的测量和控制系统中的作用来划分的一般可发划分为检测仪表、显示仪表、调节仪表和执行器四大类,见表1。

1所示。

检测仪表根据其测量变量的不同,又可以分为温度检测仪表、流量检测仪表、压力检测仪表、物位检测仪表和分析仪表。

表1。

1检测与过程控制仪表分类表

按功能

按被测变量

按工作原理或结构形式

按组合形式

按能源

其它

检测仪表

压力

温度

流量

物位

成分

液柱式,弹性式,活塞式

膨胀式,热电偶,热电阻,光学,辐射

节流式,容积式,速度式,靶式,电磁,旋涡转子式,

直读,浮力,静压,电学,声波,辐射,光学

PH,氧分析,色谱,红外,紫外

单元组合

单元组合

单元单元

单元组合

单元组合

电、气

 

电、气

电、气

电气

智能

智能

智能

智能

智能

显示仪表

模似和数字

指示和记录

动圈,自动平衡电桥,电位差计

电、气

单点、多点、打印,记录

调节(控制)仪表

自力式

组装式

可编程

基地式

单元组合

气动

电动

执行器

执行机构

薄膜、活塞、长行程、其它

执行机构和阀可以进行各种组合

气、电、液

直通单座,直通双座,套筒(笼式)球阀,蝶阀,隔膜,偏心旋转,角形,三通,阀体分离

直线、对数、抛物线、快开

显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能,又可以分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表,其中记录仪表又可以分为单记录和多点记录,有纸和无纸记录等。

调节仪表又可以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。

第二节仪表的一些主要技术性能

在工程上,仪表的一些重要参数常用精度、绝对误差和相对误差和灵敏度等来表示,以下分别来介绍这些参数的含义

真值:

变量本身所具有真实的值,也是一个无法得到的值,所以在计算误差时,用约定真值和相对真值来代替.

约定真值是一个接近真值的值,对一个数作N次测量,把测量的平均值作为约定真值,而相对真值是当高一级的标准器误差仅为低一级的1/3~1/20时,可以把高一级标准仪器作为低一级相对真值。

绝对误差是测量值与真值之差,即绝对误差=测量值—真值

相对误差是绝对误差与被测值之比,常用绝对误差与仪表示值之比,以百分数表示,即:

引用误差是绝对误差与量程之比,即:

仪表的精度是用根据引用误差来划分的。

举例:

某一压力表,刻度为0—100KPa,在50KPa处计量检定数值为49。

5KPa

求在50KPa处仪表示值的绝对误差,相对误差和示值引用误差.

解:

仪表示值的绝对误差=50—49。

5=0.5KPa

仪表示值的相对误差0.5/50X100%=1%

仪表示值的引用误差0.5/100X100%=0。

5%

仪表示值的相对误差0.5/50X100%=1%

变差:

指仪表的被测变量(可以理解为输入信号)多次从不同方向达到同一数值,仪表指示的最大差值,或者说,仪表在外界条件不变的情况下,被测参数由小到大变化(正向特性)和被测参数由大到小变化(反向特性)不一致的程度,二者之差即为仪表变差.如下图所示:

仪表的精度等级是按国家统一规定的允许误差划分为若干个等级,因此仪表的精度等级与仪表的允许误差的大小有关。

根据仪表的允许误差去掉“±”号及“%”后的数值,可以来确定仪表的精度等级。

目前我国生产的仪表,常用精度有0。

1;0。

2;0。

3;0.5;1.0;1.5;2.5;4。

0等.一般仪表的数值越小,仪表的精度越高。

工业现场用的仪表,其精度大多数为0。

1;0。

2;0.5;1.0;1.5;2。

5;4.0级.如果某台仪表允许误差为±1。

5%,则认为该表的精度等级为1。

5级。

如已求得某两台仪表的允许误差为±1.5%和±1。

8%,则此两台仪表的精度应分别为1.5级和2.5级。

仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表上,如:

 

由于仪表的误差还与其它使用条件有关,故还需了解基本误差附加误差的概念.

仪表的基本误差是指仪表在规定的正常的工作条件(如环境温度、湿度、振动、电源电压、电场、和磁场等)下允许误差。

所以一台合格的仪表,其基本误差应小于或等于允许误差。

附加误差是指仪表在非正常工作条件下使用时,除基本误差外,还会产生的误差.所以仪表的质量指标并不能完全代表测量结果的质量,也就是说,一台高质量的仪表,如果使用不当,也会得出不正确的测量结果.

下面将分别叙述压力、流量、液位、温度等工艺参数常用测量元件和变送器作介绍。

 

第二章压力的测量方法及仪表

第一节概述

在石油化工生产过程中,经常会碰到压力和真空的测量问题。

例如,高压聚乙烯要在150MPa或更高的压力下进行聚合;氢气和氮气要在32MPa下合成为氨;炼油厂的减压蒸馏要在很高的真空条件下进行;特别在化学反应比较强烈的场合,压力既影响物料的平衡关系,也影响化学反应速度。

因此,压力的测量和控制是保证工艺要求、设备完全经济运行的必要条件。

目前,我国在工程上习惯把压力理解为物理概念中的压强,即垂直单位面积上力。

根据国际单位制(代号为SI)规定,压力单位为帕斯卡,简称(Pa),1帕即为1牛顿的力作用在1平方米面积上产生的压力.

帕所代表的压力较小,工程上常用MPa作为压力单位,MPa与Pa之间的关系为:

1MPa=1×106Pa

由于各个国家的传统习惯不同,使用的测压仪表也不同,压力的单位除了现在国际上统一的计量单位,即MPa、Kpa和Pa外,还沿用其它许多单位,如kgf/cm2

、mmHg、mmH2O、atm(标准大气压)Psi等一、二十种之多,在德国和欧美一些国家,还用bar(巴)表示压力单位,它不是我国的法定的计量单位,它们之间的关系为:

1bar=100Kpa。

过去我国使用的压力的单位也比较多,根据1984年2月27日“国务院关于在我国统一实行法定计量单位的命令”的规定后,有些单位将不再使用。

但为了了解法定计量单位中的压力单位(Pa或MPa)与过去单位之间的关系,表2-1中给出了几种单位间的换算关系.

在压力测量中,通常有绝对压力,表压力、负压、或真空度等名词。

绝对压力是指介质所受的实际压力.表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差,即:

P表=P绝—P大

负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差,即:

P真=P大—P绝

绝对压力、表压力、大气压力、负压力(真空度)之间的关系如图2-1所示

表2—1压力单位换算表

单位

千帕

(Kpa)

兆帕

(Mpa)

公斤力/厘米2

kgf/cm2

毫米汞柱

(mmHg)

毫米水柱

(mmH2O)

(bar)

磅/英寸2

(psi)

标准大气压

(atm)

千帕(Kpa)

1

10—3 

0.0101972

7.5

102

0。

01

0。

145038

0.0098692

兆帕(Mpa)

1000

1

10。

2

7。

50×10-3

1。

02×105

10

1.45×102

9.8692

公斤力/厘米2(kgf/cm2)

98.067

0。

125

0981

1

735.6

104

0。

981

14。

22

0。

9678

毫米汞柱

(mmHg)

0.1333

1.333×10-4 

1.36×10-3

1

13.6

1。

333×10-3

19.34×10-3

1。

316×10-3

毫米水柱

(mmH2O)

9。

81×10—3 

9.81×10-6

10—4

73.56×10-3

1

98。

1×10—6

1.422×10-3

0.9678×10—4

(bar)

100

0.1

1.02

750

10。

2×103

1

14。

50

0.9869

磅/英寸2(psi)

6.89

6。

89×10-3

70。

3×10—3

51。

72

703

68.9×10-3

1

68.05×10—3

标准大气压

(atm)

101。

33

0.1013

1。

0332

760

1.0332×104

1.0133

14。

696

1

因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中,所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。

我们用压力表来测量压力的数值,实际上也都是表压或真空度(绝对压力表的指示值除外)。

因此,在工程上无特别说明时,所提的压力均指表压力或真空度.

压力测量仪表的品种,规格甚多。

常用的压力测量方法和仪表有:

通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。

属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计;将被测压力通过一些隔离元件(如弹性元件)转换成一个集中力,并在测量过程中用一个外界力(如电磁力或气动力)来平衡这个未知的集中力,然后通过对外界力的测量而得知被测压力的机械力平衡法.力平衡式压力变送器就是属于应用此法的例子;根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。

属于这类应用方法的仪表很多,若根据所用弹性元件来分,可分为薄膜式,波纹管式,弹簧管式压力表;能过机械和电子元件将被测压力转换在成各种电量(如电压、电流、频率等)来测量的电测法.例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表.

目前,石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。

根据测压范围不同,常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。

在被测介质压力的作用下,弹性元件发生弹性变型,而产生相应的位移,能过转换位置,可将位移转换成相应的电信号或气信号,以远传显示,报警或调节用。

 

第二节压力测量仪表

一、弹簧管压力表

弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一,它有着极为广泛的应用价值,它具有结构简单,品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点.

a)结构和动作原理

弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。

它主要由弹簧管、齿轮传动机构(包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮)、示数装置(指针和分度盘)以及外壳等几部份组成,如图2—3(a)所示。

弹簧管是一端封闭并弯成270。

圆孤形的空心管子,如图2—3(b)所示。

 

 

它的截面呈扁圆形或椭圆形,椭圆的长轴2a与图面垂直的弹簧管的中心轴O相平行。

管子封闭的一端B为自由端,即位移输出端;而另一端A则是固定的,作为被测压力的输入端。

当由它的固定端A通入被测压力P后,由于呈椭圆形截面的管子在压力P的作用下,将趋于圆形,弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形,使自由端B发生位移。

此时弹簧管的中心角γ要随即减小Δγ,也就是自由端将由B移到B,处,如图2—3(b)上虚线所示。

此位移量就相应于某一压力值。

自由端B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转,使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转,从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。

由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对变化值Δγ/γ与被测压力P之间具有比例关系,因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。

图2-3(a)中,游丝用来克服因传动机构间的间隙而产生的测量误差。

改变调整螺钉的位置(即改变机械传动的放大系数),可以实现压力表的量程调整。

由上述可如,弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸张。

反之若管内压力小于管外压力,则自由端将随负压的增大而向内弯曲。

所以,利用弹簧管不仅可以制成压力表,而且还可制成真空表或压力真空表.

弹簧管压力表除普通型外,还有一些是具有特殊用途的,例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等.为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量,常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标,并注有特殊介质的名称,使用时应予以注意.

单圈弹簧管在受压时,由于自由端的位移和转动力矩都较小,故仅能制成指示型仪表。

而生产中有时需要用记录型仪表。

为了能带动记录机构运动,就需要弹簧管有足够长而制成多圈(一般为2.5~9圈),这样就成了多圈弹簧管压力表。

(二)电接点压力表

在石油化工生产中,常常要把压力控制在某一范围之内,当压力高于或低于规定范围时,就会破坏正常工艺条件,甚至可能发生危险。

利用电接点压力表就可以简便地在压力偏离设定范围时及时发出信号,以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。

图2-4是电接点信号压力表的结构和工作原理示意图。

它是在普通弹簧管压力表的基础上稍加改变而成。

压力表指针上有动触点2,表盘上另有两个可调的指针,上面分别有静触点1和4.当压力超过上限设定值(此数值由上限设定指针的位置确定)时,动触点2和静触点4接触,使有红灯5的电路接通而发出红光;当压力过低时,则动触点2与静蚀点1接触,使有绿灯3

的电路接通而发出绿色信号。

静触点1和4的位

置可根据需要灵活调节。

 

三、气动压力变送器

气动压力变送器以压缩空气为能源,它将被测压力转换成统一标准信号20~100KPa输出。

(一)气动元件和组件

气动仪表中常遇到的元件和组件有:

弹性元件、阻容元件、喷嘴挡板机构和功率放大器.

1.弹性元件在气动仪表中,弹性元件作为感测元件或转换元件,将压力信号转换成位移或力信号。

通常用的弹性元件有:

非金属膜片、金属膜片、波纹簧及弹簧等.

2.阻容元件气体通过节流元件时,会受到一定的阻力,这种节流元件叫气阻.气阻在气动仪表中阻碍气体的流动,起着降压(产生压力降)和限流(改变气体流量)的作用,与电阻在电路中的作用相类似。

气阻值为常数的节流元件,即指流通断面积不能调整的节流元件称为恒气阻。

在气路申恒气阻用符号表示;气阻值可以调整的节流元件,即指流通截面积可以调整的节流元件称为可调气阻。

在气路中用符号表示:

能在工作中自动地改变气阻值的节流元件叫变气阻,例如喷嘴挡板型变气阻.

凡是气体流过时,能贮存或放出气体的气室称为气容。

气容在气动仪表中起缓冲、防止振荡的作用,与电容在电路申的作用相类似。

当气体流入或流出气室时,气室里的压力就随着变化.气容有定气容(气室的容积是固定的)和变气容(弹性气室容积随气室里的压力而变)两种。

用导管将气阻和气容联接起来,就构成了

阻容耦合元件。

常见的阻容耦合元件有节流盲

室和节流通室,一般作为仪表的反馈环节,以

获得比例、积分、微分等调带规律。

将一个可

调气阻和一个气容相串联即构成了节流盲室,

也称阻容环节,如图2-7(a)所示:

由可调气阻、流通气室和恒气阻串联而构成的环节,称为节流通室,如图2-7(b)所示。

3.喷嘴挡板机构喷嘴挡板机构是气动仪表中的气动控制元件,它由恒气阻、气容和喷嘴挡板型变气阻串联而成,一般用符号表示.其结构原理如图2—8所示。

喷嘴挡板机构的作用是把挡板相对于喷嘴的微小位移转换成相应的气压信号P背作为它的输出。

喷嘴前的气室称背压室,室内压力即为喷嘴挡板机构的输出压力,故称为喷嘴背压P背

当气源以140kPa的气压经恒气阻进入背压室后,再由喷嘴相挡板之间的间隙排出(一般排入大气)。

但是这股气流经过恒气阻时,由于恒节流孔孔径很小,它将对压缩空气流造成很大的阻力,只有很少量的气流经恒节流孔进入背压室。

而背压室中的压力P背是随喷嘴挡板间的相对位移而变化的。

当挡板靠近喷嘴时,气阻增大,背压室内的气体不易排出,则P背上升,反之,挡板离开喷嘴时,气阻减小,背压室内气体容易排出,则P背下降。

这就是说,挡板对通过恒节流孔的气流造成了第二次阻力,而且这阻力是随着挡板位置不同而变化的。

喷嘴挡板之间距离h不同,就有不同的P背,从而在一定的位移范围内(h的上"限值不超

过喷呀内径的四分之一,一般为0。

25mm),完成了把挡板的微小位移转换成气压信号的任务。

通过实验可以得到喷嘴挡板之间的距离且与喷嘴背压P背之间的特性曲线如图2—9所示。

 

由图2-9可以看出,h和P背之间的关系是非线性的,一般工作在中间区段(相当于P背为25~130kPa之间)时,近似可以认为是线性的。

由图2-9还可以看出,在正常工作时,挡板与喷听之间的相对位移量是很小的,不大于0。

02mm.

4.功率放大器控制元件将挡板的微小位移转换成气压信号,但是由于受恒节流孔直径很小(一般为0。

2mm)的限制,输出流量很小,所以输出的气压信号功率很小。

为了把信号远距离传送给推动执行器,常在控制元件后面串联一个功率放大器.所谓气动功率是指压力和流量的乘积.因此功率放大器能将信号压力和气量进行放大。

功率放大器一般用符号表示。

(二)气动压力变送器的结构原理

气动压力变送器由测量部分和转换部分组成.测量部分是将被测压力转换成相应的测量力,再由气动转换部分将测量力成比例地转换成统一气压信号20~1OOkPa输出。

图2—10中,测量部分包括波纹管和密封膜片;转换部分包括主、副杠杆,反馈波纹管,喷嘴挡板机构和功率放大器。

变送器是采用力短平衡原理工作的,其动作过程如下:

被测压力引至测量波纹管,对主杠杆下端产生一个推力(测量力),于是产生使主杠杆围绕密封膜片的中心作逆时针方向偏

转的测量力矩,当主杠杆作逆时针方向偏转时,

带动挡板向喷嘴靠拢,喷嘴背压就上升,经放大

器放大后即为压力变送器的输出,同时,输出压

力进入反馈波纹管,产生一个反馈力推动副杠杆

以量程螺母为支点作顺时针偏转,使挡板离开喷

嘴,这种相反的作用,直至反馈力矩和测量力矩

相等时,杠杆就处于平衡状态,挡板和喷嘴间距离不再变化,变送器就稳定地输出一个与被测压力或比例的气压信号.如果被测压力变化时,杠杆的平衡就被破坏,通过反馈作用,又建立新的平衡状态,压力变送器输出一个相应的气压信号。

第三节压力测量仪表的选用与安装

为使石油化工生产中的压力测量和控制达

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