泵站自动化监测与控制系统.docx
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泵站自动化监测与控制系统
泵站自动化监测与控制系统
1、概述
大浪淀水库位于沧州市南30多公里的南皮县，水库上建有引大（大浪淀水库）入港（黄骅港）的供水泵站，从水库取水输送给黄骅市、中捷和黄骅港等地的水厂。
供水泵站需要随时监测和控制水泵机组。
监测参数有机组运行电压、电流、定子温度、转子前后轴承温度、前池水位、管道水压、变频器频率或转速和水泵的启停状态。
系统通过与机组控制PLC连接，远程控制机组运行启动、关停。
现场的采集控制设备将数据通过GPRS网络和RS485总线传递、汇总到远程监控中心的计算机上。
2、组成结构
系统组成：
由监测中心、通信平台、前端设备、前端控制和测量设备四部分组成。
监测中心：
由服务器、GPRS数据传输模块、操作系统软件、数据库软件、系统软件等组成。
通信平台：
中国移动公司的GPRS-APN专网。
前端设备：
测控设备、采集处理设备、GPRS传输模块、信号转换控制器、开关电源、蓄电池、
逆变器、UPS控制器。
前端控制设备：
泵站的水泵启动控制柜PLC装置。
（原配设备）
前端测量设备：
现场的一次仪表。
（原配设备）
（1）、中心配置：
监测中心设备主要由数据服务器和数据传输模块（台式）、通信转换器组成，服务器上安装操作系统软件、数据库软件。
系统软件由两部分组成：
监测系统软件和前置机软件。
监测系统软件是使用组态软件二次开发而成，具备数据显示、模拟动画、数据查询、报警显示、生成曲线报表等多项功能。
前置机软件是专有的通信管理软件。
（2）、通信设备：
监测中心使用GPRS数据传输模块，每个前端设备中安装GPRS数据数据传输模块，可以实现一个监测中心与多个前端设备的数据通信。
同时通过RS485总线结构和现场的各种参数的采集处理模块相连，实时采集现场数据。
通过驱动PLC对机组进行控制。
（3）、前端设备：
开关量数据采集模块、模拟量数据采集模块、
数显电压表、数显电流表、温度采集模块、
数据传输模块、开关电源、金属防护箱、
液位计、压力变送器、热电偶等现场一次仪表。
3、系统功能
⑴、主动上报功能：
根据泵站运行工艺流程，对机组的运行状态重要参数（运行电压、运行电流、定子温度、轴承温度）进行实时的动态监测，主动上报到监测中心。
并通过显示屏以统计数字、图表、实时曲线的直观形式显示出来，并随时打印出表。
⑵、机组控制功能：
以并联方式控制机组运行，通过机柜触摸屏控制机组的启停功能。
为确保安全，当必须通过上位机控制机组运行时，系统应有醒目的警示。
机组启停都应有操作记录。
⑶、主动问询功能：
监测中心可以主动问询各泵站每台机组的参数。
⑷、报警功能：
通信中断等故障出现时，监测中心有报警显示，用户自行设置报警上下限，系统有声音报警，并记录故障日志。
⑸、数据存储功能：
服务器上的数据库中存储所有历史记录。
⑹、数据查询功能：
可以查询任意时间段每台机组的数据。
历史查询功能、用户管理、权限设置、操作提示等。
⑺、曲线报表功能：
所有存储数据可以自动生成分析曲线和报表。
⑻、远程维护功能：
前端设备的采集和通信模块具备远程参数设置和维护功能。
⑼、拓展功能：
系统可自由增减被监测泵站的数量。
通过增添设备，系统可增加其它功能。
4、技术指标
⑴、中心数据服务器：
CPU：
PⅢ，1GHz以上；内存：
128MB以上；硬盘：
40G以上。
⑵、GPRS数据传输速度：
40Kbps以上
⑶、开关量采集速率：
100次/秒
⑷、工作环境：
GPRS信号强；温度：
-20—+70℃；湿度≤90%无凝露，无腐蚀性气体和导电尘埃，
无爆炸危险物品。
有220V交流电源。
⑸、监控中心与监测点原则上不能跨省设置。
水资源远程实时测控系统
1、概述
水资源远程实时测控系统在水源或用水单位设备上安装一个水资源测控器，实现对水表流量、自备水井水位、管网压力及对水泵的电流、电压的采集，以及对水泵的启停、电动阀的开闭等控制，通过有线或无线通讯方式与水利局水资源管理中心计算机联网，实时对各用水单位进行监管和控制。
如用水单位人员为断电、外加水泵，水表自然或人为损坏等情况,系统显示故障原因并报警。
水资源管理中心可根据需要，控制水泵启停泵；对欠缴水资源费的用户，工作人员可对用水单位的电动阀开闭、水泵的启停进行异地远程控制，实现水资源管理与监控的自动化、一体化。
2、组成结构
（1）、采集部分
采集一次仪表的模拟输出信号（0-5V,4-20mA），采集处理器选用高分辨率低功耗的A/D转换器件，间歇性采样。
采集处理器设计RS232接口和RS485接口，实际的通讯协议需要由仪表厂商提供，采集仪内部编程来读取测量结果。
（2）、分析存储部分
按照和监测中心的通信规范，采集处理器对本地的采集数据进行一次处理（包括滤波、告警检查、数据合成加密、数据校验等），然后按照一定的顺序存储到FLASH存储器中，形成历史数据，循环覆盖。
（3）传输部分
传输部分的好坏直接影响到监测系统的稳定性。
采集处理器选择了GPRS通信方式，GPRS网络有着良好的覆盖，基于TCP/IP协议，按流量收费。
3、系统功能
（1）、水源、用户数据电子地图实时监测显示（流量、压力、温度、工作状态等信息）。
（2）、主动召测功能。
即任何时候可以在调度中心的服务器上主动提取监测点的数据。
（3）、数据报表功能。
自动生成日报、月报、年报，也可随时统计报表、打印。
可自动打印。
（4）、自动分析计算功能
根据监测的实时数据，分析供水量、用户消耗量以及线路损耗量（如小时用量、日用量），对于异常情况产生告警；可按日、月、年绘出，可统计管路网的供水量趋势图。
实时绘制某几个监测点瞬时流量曲线图、压力曲线图、温度曲线图。
（5）、数据存储备份功能
系统数据库可以本地存储，其存储时间根据需求和计算机配置决定。
数据远端演示功能除了主调度监控中心外,系统可以在任何想建分中心的地方建立分监控中心,通过GPRS网络和主监控中心连接，极大程度地方便了用户管理和使用。
分监控中心的权限只限于数据监视，而不允许向下操作，保证了系统的安全，主监控中心的各个分监控中心的数据完全同步实时显示。
（6）、故障自动报警功能
监测点的GPRS采集传输处理器自动将故障信息上报到监测中心，自动打印报警信息。
自动检测的故障有：
流量计通讯故障、220v交流停电、压力传感器故障、温度传感器故障等。
（7）、系统扩充升级功能。
系统具有开放的数据接口，方便后期监测点的增加和扩容。
（8）、系统安全权限设置功能
权限设置提供完善的安全认证，非法用户不能进入系统，合法用户根据权限可进行相应的操作。
4、运行费用
系统按数据流量计费。
收费标准目前有包月制和按数据流量两种收费方式，按流量计算0.03元/kBytes，而包月制20元/月有20M流量，超过后按0.01元/kbytes，该费用取决于流量的多少。
长期在线，一分钟报一次数据，一个月每个监测点的费用为20元。
长距离管道输水远程实时监测系统
1、概述
监测服务器的监测命令通过GPRS数据远传处理器经过中国移动公司的GRPS网络，GPRS流量压力采集传输处理器接到命令，对流量计、压力表、液位计进行数据采集，上报各种数据，监测服务器对数据进行统计分析处理，数据实时显示、显示历史曲线、历史数据查询、流量、压力损失分析、报警。
2、系统组成
（1）、监测中心
GPRS数据
远传处理器
监测中心由监测服务器、GPRS数据远传处理器、打印机、交换机、显示共享器等组成。
采用主机-备用机的工作方式，主机用于数据采集处理，备用机用于数据的存储、备份。
用户根据权限可进行数据查询。
（2）、监测站
流量计
GPRS流量压力
采集传输处理器
压力变送器
蓄电
池组
充电
控制
（3）、系统软件
Ø监测模块：
下发各种指令，各RTU收到指令后，上报相应数据。
监测模块收到数据后，显示实时曲线，并把数据保存到数据库中。
Ø通讯服务模块：
向监测点下达命令，由通讯服务模块通过GPRS网络，传递到各监测点。
各监测点上报数据通过相反的路径返回。
Ø报表模块：
保存的各种数据，可从数据库上调用，并自动汇总，生成各种报表。
也可根据历史数据，绘制历史用水量、管路压力走势图等。
Ø远程监测数据查询显示模块
仅用于监测分中心，显示采集的数据。
-
3、系统功能
（1）、管线数据实时监测
监测点的数据（累计流量、瞬时流量、管线压力、液位、工作状态等信息）能够实时显示在监测中心的服务器屏幕上，准确地反映输水管线的实际运行状态，数据实时监测，每5分钟记录一次数据。
显示的方式既有电子地图动态实时数据显示，也有实时数据曲线、历史曲线，具有友好的人机界面。
监测点设备运行状态显示，工作状态是否正常，能够在服务器上显示。
保存各监测点的水量信息、停电信息、管路压力、操作员的操作日志、报警纪录等。
（2）、数据主动召测
系统主动召测，可在监测中心的服务器上主动提取监测点的数据。
监测点能够随时接受召测，上报相关数据，实现远程监测功能。
数据采用校验算法，保证数据可靠传输。
（3）、数据报表
自动生成日报、月报、年报，也可随时进行统计报表、打印。
（4）、管线数据分析
根据监测的实时数据，基于管线数据模型分析沿线的压力损失和流量损失，对于异常情况产生告警，并提示可能造成异常的原因。
（5）、数据分析、汇总报表
提供必要的数据报表及查询功能，选择监测点以及日期便可得到相应的日报表、月报表、年报表。
（6）、图表功能
软件系统自动进行数据分析，可按日、月、年绘出，可统计管路总的供水量趋势图。
实时绘制各监测点瞬时流量曲线图、压力曲线图、液位曲线图。
（7）、数据存储备份共享
GPRS智能数据采集远传处理器有必要的存储容量，采集的数据可本地存储。
提供完善的数据备份功能。
使用人员可根据需要，把数据随时备份出来，在系统破坏后，利用备份的数据，恢复系统的原始状态。
通过内部局域网络，可实现资源共享。
（8）、监测数据远端演示
监测分中心可以同步实时显示各个监测点的数据、监测点数据的实时曲线和设备运行状态监测。
（9）、故障自动报警
监测点的GPRS智能数据采集远传处理器自动将故障信息上报到监测中心，打印报警信息。
自动监测的故障有：
流量计通讯故障、220v交流停电、压力变送故障、液位故障等。
如有故障造成数据漏召，提示补召数据，有利于数据的完整。
（10）、扩充升级
具有开放的数据接口，方便后期监测点的增加和扩容。
GPRS智能数据采集远传处理器设计1路485接口、2路模拟量、1路开关量接口。
监测中心通过显示共享器可扩展投影机大屏幕显示，系统可扩展移动笔记本电脑远程监测数据，系统可通过交换机扩展到局域网数据共享。
（11）、系统及元器件的安全性
软硬件的总体采用分布结构，如果某一局部出现故障，不会影响整个系统运行。
设备均采用高可靠低功耗工业级器件，应具有高抗干扰能力和稳定性，防雷、防浪涌、防电磁干扰。
（12）、断电运行
电源采用了带防雷设计的开关电源技术。
配备600AH直流蓄电池供电，外接220伏工频电源，断电正常运行时间不小于48小时。
（13）、信号通用性
系统支持4-20mA电流脉冲、1-5V电压脉冲、0-5V电压脉冲、0-10mA模拟电流、4-20mA模拟电流和485协议等多种输入/输出信号
4、技术指标
⑴、中心计算机：
CPU：
PⅢ，1GHz以上；内存：
128MB以上；硬盘：
40G以上
⑵、脉冲计数累计误差：
±0.01%。
智能仪表输出为RS485信号。
⑶、工作环境：
环境温度：
-20—+70℃；湿度≤90%无凝露；无腐蚀性气
体和导电尘埃，无爆炸危险物品。
水位、雨量远程实时监测系统
1、概述
雨季防汛是各级政府的头等大事，在第一时间掌握所辖地区的降雨量，在第一时间掌握各河流、水库水位信息，就掌握了防汛工作的主动权。
目前，我国测量水位和测量降雨量设备的技术已经非常成熟，由于要安装的监测点的位置比较偏远，使用有线通信及电台通信的成本比较高。
监测部门需要一种新型的无线通信方式实现对水位和降雨量的远程监测。
2、系统组成
由监测中心、通信网络、前端设备、测量设备四部分组成。
监测中心：
由服务器、移动专线（GPRS数据传输模块）、监测系统软件组成。
通信网络：
中国移动公司GPRS数据专线APN网络。
前端设备：
雨量监测箱
测量设备：
雨量计、水位计。
（2）、监测中心
监测中心设备主要由服务器、移动专线和GPRS数据传输器组成。
服务器上安装操作系统软件、数据库软件、监测系统软件。
监测系统软件主要有数据招测、数据显示、数据存储、数据查询、趋势分析等
（3）、通信网络：
中国移动公司GPRS网络APN专网。
（3）、前端设备
标准信号采集模块数据传输模块
开关电源空开、插座、接线端子
3、系统功能
✧管理功能：
具有数据分级管理功能，监测点管理等功能。
✧采集功能：
采集监测点水位、降雨量数据。
✧通信功能：
各级监测中心都可以与被授权管理的监测点通信。
✧告警功能：
水位、降雨量超过告警限时，监测点主动向上级告警。
✧查询功能：
监测系统软件可以查询各种历史记录。
✧存储功能：
前端设备具备铁电存储功能，掉电不丢失；数据库可以记录历史数据。
✧分析功能：
水位、降雨量等数据可以生成曲线及报表，供趋势分析。
✧扩展功能：
系统软件具备良好的系统扩展功能，前端设备具有良好的扩展功能。
4、技术指标
⑴、中心计算机：
CPU：
PⅢ，1GHz以上；内存：
128MB以上；硬盘：
40G以上。
⑵、水位采集精度：
0.5%
⑶、前端设备工作环境：
环境温度：
-20—+70℃；湿度≤90%无凝露；无腐蚀性气体
和导电尘埃，无爆炸危险物品。
水务局IC卡售水管理系统
1、概述
一般水务局管辖多口自备井，水务局向自备井使用者收取水资源费，一直采用估算水费、先用水后付款的管理模式。
此模式带来很多麻烦，一是因为没有水表等计量设备，用水单位不认可估算值；二是用水单位故意拖欠水资源费，追缴水资源费困难重重。
水务局IC卡售水管理系统用科技手段做到交多少钱用多少水，先交钱后用水。
2、系统组成
由售水中心、通信介质、水资源控制设备、水泵控制设备四部分组成。
售水中心：
由计算机、IC卡读写器、管理系统软件组成。
通信介质：
无接触式IC卡。
水资源控制设备：
水资源控制箱。
计量设备：
脉冲水表。
（1）、售水中心
售水中心设备主要由计算机和IC卡读写器组成。
计算机和IC卡读写器之间使用串口线连接，计算机上安装操作系统软件、数据库软件、管理系统软件。
管理系统软件主要由开户业务、售水业务、报修管理、查询统计、资源调查、权限管理等功能模块组成。
重点使用IC卡售水业务管理和用水单位及自备井档案管理功能
（2）、IC卡
①FM11RF08非接触式IC卡；标准：
ISO/IEC14443.2的TYPE-A协议；容量：
1K×8BIT。
②S50非接触式IC卡；标准：
ISO/IEC14443.2的TYPE-A协议；容量：
1K×8BIT
③其它公司生产的兼容卡；符合ISO/IEC14443.2的TYPE-A协议标准非接触式IC卡。
（3）、控制设备
水资源控制器、交流接触器
开关电源、变压器、继电器
GPRS电台、空开等
3、系统功能
✧管理功能：
具有用户管理、水井管理、售水管理、巡检管理、报修管理等功能。
✧售水功能：
IC卡预收水费，交费才能用水。
✧采集功能：
可以采集各种水表的流量数据（脉冲水表、4-20mA水表串口信号输出水表）。
✧控制功能：
水资源控制设备根据预存水费的情况控制水泵的工作。
✧告警功能：
水资源控制设备在水费不足时现场告警，出现故障时现场报警。
✧显示功能：
现场显示余额、流量、水价等数据。
✧查询功能：
管理系统软件可以查询各种历史记录；现场可以查询水费余额据。
✧存储功能：
具备铁电存储功能，信息掉电不丢失；售水中心数据库，记录历史数据。
✧应急功能：
根据用水单位的信誉给出欠费取水额度，保证用户在特殊情况下持续供水。
✧扩展功能：
系统软件具备良好的系统扩展功能，水资源控制设备具有良好的扩展功能。
4、技术指标
⑴、中心计算机：
CPU：
PⅢ，1GHz以上；内存：
128MB以上；硬盘：
40G以上
⑵、脉冲计数累计误差：
±0.01%。
⑶、工作环境：
环境温度：
-20—+70℃；湿度≤90%无凝露；无腐蚀性气
体和导电尘埃，无爆炸危险物品。
水务局水资源监控管理系统
1、概述
工业用水主要依靠自备井。
水资源监控管理系统可以实现IC卡售水、用水单位管理、水位监测等功能，用水单位可以远程监测自备井水泵的启动状态、电流、电压及流量等数据，可以远程启停自备井。
2、系统组成
本系统由水资源监测中心、用水单位自备井监控中心、控制设备、计控设备等组成。
水资源监测中心通信网络：
IC卡读写器、GPRS数据传输模块、管理系统软件组成。
自备井监控中心：
由计算机、GPRS数据传输模块、监控系统软件组成。
通信网络：
移动公司GPRS-APN专网，非接触式IC卡。
水资源控制设备：
水资源测控箱。
计控设备：
包含脉冲水表、水位计、水泵启动设备。
（1）、水资源监测中心
水资源监测中心设备主要由计算机、IC卡读写器GPRS数据传输模块组成
GPRS数据传输模块和IC卡读写器与计算机之间使用串口线连接，计算机上安装操作系统软件、数据库软件、水资源管理系统软件。
水资源管理系统软件主要由开户业务、售水业务、报修管理、查询统计资源调查、权限管理等功能模块组成。
重点使用IC卡售水业务管理和用水单位及自备井档案管理功能。
（2）、自备井监控中心
自备井监控中心设备主要由计算机和GPRS数据传输模块组成。
GPRS数据传输模块与计算机之间使用串口线连接，计算机上安装操作系统软件、数据库软件、自备井监控系统软件。
自备井监控系统软件的电子地图上显示每个自备井的位置并显示通信状态自备井界面上显示电流、电压、开关状态、流量等数据；具备主动问询自备井现场数据及接受自备井现场数据主动上报功能；具备显示远程报警的功能；具备远程启停自备井的功能；具备数据存储、生成曲线及报表的功能。
（3）、通信网络
中国移动公司提供GPRS网络平台，建立一个APN专网，提供一个APN接入点，并为使用的每张SIM数据卡绑定一个固定的IP地址。
水资源监测中心和自备井监控中心、水资源控制设备中安装一个GPRS数据传输模块，可以实现一个中心与多个水资源控制设备的数据通信和一个水资源控制设备与两个中心的数据通信。
（4）、IC卡
①FM11RF08非接触式IC卡；标准：
ISO/IEC14443.2的TYPE-A协议；容量：
1K×8BIT。
②S50非接触式IC卡；标准：
ISO/IEC14443.2的TYPE-A协议；容量：
1K×8BIT
③其它公司兼容卡；符合ISO/IEC14443.2的TYPE-A协议标准的非接触式IC卡
（5）、水资源控制设备：
水资源控制器交流接触器电参数采集模块
数据传输模块开关电源变压器
继电器、空开、插座
3、系统功能
⏹管理功能：
具有用户管理、水井管理、售水管理、巡检管理、报修管理等功能。
⏹售水功能：
IC卡预收水费，交费才能用水。
⏹采集功能：
水资源控制设备可以采集各种水表的流量数据（脉冲水表、4-20mA水表、
串口信号水表）；采集水位数据。
采集水泵电流、电压及开关状态等数据。
⏹控制功能：
根据预存水费的情况控制水泵的工作；远程控制水泵启停
⏹告警功能：
在水费不足时现场告警，出现故障时现场报警；可以远程告
⏹显示功能：
现场显示余额、流量、水价等数据。
⏹查询功能：
管理、监控系统软件均可以查询历史记录；可以查询水费余额等重要数据。
⏹存储功能：
水资源控制设备具备铁电存储功能，掉电不丢失；监测中心和自备井监控
中心的数据库可以记录所有历史数据。
⏹应急功能：
根据用水单位的信誉给出欠费取水额度，保证用户在特殊情况下持续供水。
⏹扩展功能：
系统软件具备良好的系统扩展功能，水资源控制设备具有良好的扩展功能。
4、技术指标
⑴、中心计算机：
CPU：
PⅢ，1GHz以上；内存：
128MB以上；硬盘：
40G以上。
⑵、脉冲计数累计误差：
±0.01%。
⑶、水位采集精度：
0.5%。
⑷、电流、电压采集精度：
0.5%。
⑸、水资源控制设备工作环境：
环境温度：
-20—+70℃；湿度≤90%无凝露；无腐蚀性
气体和导电尘埃，无爆炸危险物品。
水闸泵站数据监控系统
1、概述
水闸泵站数据监控系统主要对全站泵组、闸门、流量等设备进行有效监视和控制，保证泵站更加安全、可靠、经济地运行，实现泵站“无人值班”（少人值守）的目标。
2、系统组成
系统拓扑图
在水闸泵站处有一台实时数据服务器，现场的实时数据通过PLC完成采集，同时设一监控终端，实现所有数据采集系统的所有的监测功能。
在调度中心，设一台服务器和一个监控终端，数据库服务器通过网络存所有的实时数据库中的数据信息及其它相关信息，通过监控终端可以在调度室内监测水闸泵站现场的实时情况。
3、系统功能
数据采集子系统设置在水闸泵站的监测站内，承担主要河道口门水闸泵站的调水运行相关信息的采集，将采集来的数据信息存贮在各个闸站的实时监测业务库内，然后通过DBCOM组件进一步存贮在集成业务库内。
监测站不仅可在就地自动采集相关水闸泵站的调水信息，还可通过集成业务库与其它子系统进行调度信息交互，保证其它子系统可以实时获得水闸泵站的水情信息、设备运行信息、河道闸站基本信息等。
采集主要信息如下：
内外河水位、雨量、闸门开度、过闸流量、水泵开关、
水泵流量、河道水质、设备故障信号
（1）、以动态的方式对采集信息的实时显示
采集的参数如闸站闸位的动画模拟显示，实时获取闸站的实时监控数据，并依据获取的闸位、水位、流量、雨量等数据，采用动画（闸门正面、侧面）模拟的方式，直观反映闸站的当前状态。
闸门模拟图两边的文字提示、标尺（内外河水位、流量）。
（2）、实时数据曲线
实时反映采集信息的变化，方便对采集信息的分析和查询；形成闸站、区域水位、流量等实时图形曲线。
（3）、历史数据的时段曲线（水位、流量等参数）
可以追忆带毫秒标签的数据，方便事故查询；可以形成闸站、区域水位、流量等历史图形趋势曲线。
（4）、报警信息
自动记录系统状态变化、操作过程等重要事件。
系统可提供高报、高高报、低报、低低报、偏差、变化率、延时、坏PV、录入超时报警功能，提供报警确认、报警汇总、报警历史查询等功能。
对于低低限报警、低限报警、高限报警、高限报警。
对于偏差报警，当过程值（PV）与设定值（SP）的偏差超出了偏差限值DEV时，报警产生。
变化率报警是通过检测过程值（PV）的实际变化率，即如果过程PV值在变化周期RATECYC内的变化量超出了变化率限值RATE后，产生报警。
（5）、数据报表
对于采集来的数据包括闸位数据、水位数据、流量数据、雨量数据等，形成数据报表；报表有以下几种：
历史报表
历史报表能进行日报、月报、季报、年报的生成，对数据存储的时间范围、间隔、起始时间可进行任意指定，并可以根据存储的时间进行查询历史数据。
多功能报表
可以任意设置报表格式，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。
既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。
可以在报表上同时显示实时数据和任意时刻的历史数据，并加以统计处理，例如取行平均、列平均，统计出最大最小值。
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