CN102207307A - 采暖系统网络智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明能根据采暖系统运行状态实时调整并完整记录下来，实现远程监视和远程控制，使运行处于理想状态，燃煤效率高，耗电量少，提高供暖质量。其在采暖管网上的供热出、回口处分别装有温度传感器和压力变送器，控制器分别与传感器、变送器、温度采集器及采暖管网上的循环泵连接，内装有计算机、打印机、显示屏的网络管理监控中心通过互联网与移动通讯GSM网络连接，GPRS通讯模块通过移动通讯GSM网络接入互联网并与控制器连接，网络管理监控中心通过天线与GPRS网络温度采集器连接，互联网与天线连接；GPRS通讯模块与PLC连接，将PLC中的数据传输给网络管理监控中心，触摸屏与PLC连接，报警短信通过GPRS通讯模块以短信方式向手机发送报警状态。

Description

采暖系统网络智能控制装置

技术领域

本发明涉及一种采暖系统循环供水温度控制装置，尤其涉及一种能根据供暖系统的运行状态实时调整并能将调整过程及运行状态完整记录下来，实现远程监视和远程控制的采暖系统网络智能控制装置。

背景技术

目前，公知的供暖系统循环供水是由水泵、电动机、变频控制器、温度检测和压力显示系统构成。锅炉启动时，首先启动锅炉循环泵，调整变频控制器，控制锅炉出口压力达到设定压力范围，随着锅炉运行调整变频控制器，控制循环泵工作频率及出水回水温度差在设定范围内。但是人工调整变频控制器的精度及时间均不能达到理想状态；同时运行状态及调整过程均没有完整记录，致使锅炉的运行长期处于不理想的状态，燃煤效率不高，耗电量加大。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种不仅能根据锅炉的运行状态实时调整，而且能将调整过程及运行状态完整记录下来，同时还可以通过公网将现场运行状态传至互联网，通过网络可以实现远程监视和远程控制的采暖系统网络智能控制装置。

解决上述技术问题所采取的具体技术措施是：

一种采暖系统网络智能控制装置，包括采暖管网，其特征在于：在采暖管网上的供热出口3处装有出口温度传感器4和出口压力变送器8，在采暖管网上的供热回口5处装有回口温度传感器17、回口压力变送器16和泄压电磁阀28，控制器22通过室外温度传输信号线18与室外温度采集器13相连接，控制器22通过出口温度电路传输信号线6与出口温度传感器4相连接，控制器22通过出口压力电路传输信号线10与出口压力变送器8相连接，控制器22通过回口温度电路传输信号线20与回口温度传感器17相连接，控制器22通过回口压力电路传输信号线23与回口压力变送器16相连接，控制器22通过控制电磁阀护套线29与泄压电磁阀28相连接，控制器22通过1号控制频率信号线19与采暖管网上的1号循环泵变频控制柜14连接，控制器22通过2号控制频率信号线21与采暖管网上的2号循环泵变频控制柜15连接，1号循环泵变频控制柜14通过1号电机控制电缆26与采暖管网上的1号循环泵11连接，2号循环泵变频控制柜15通过2号电机控制电缆27与采暖管网上的2号循环泵12连接；控制器22由PLC、温度检测扩展模块、继电器和触摸屏构成，其电路之间的连接关系是：电源经断路器QF接通开关电源，开关电源输出DC24V电压供给PLC、温度检测扩展模块、触摸屏和GPRS通讯模块30，其电路通过中间继电器KA1-1、KA2-1的常开触点连接到PLC上的启动信号X0端子上，分别控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器的运行；故障输入继电器KA3-1、KA4-1的常开触点的一端连接到PLC的X3端子上，另一端与24V电源连接，分别控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器的故障报警；温差报警继电器KA0的一端接在PLC的Y0输出端子上，另一端与开关电源COM端子相连接，通过温差报警继电器KA0常开触点接通报警器；出口温度传感器4接在PLC的RT0M、RT0+、RT0-端子上，回口温度传感器17接在PLC的RT1M、RT1+、RT1-端子上，出口压力变送器8接在PLC的AI0V、AI0I、AI0G端子上，回口压力变送器16接在PLC的AI1V、AI1I、AI1G端子上，中间继电器KA1-2、KA2-2的常开触点连接在PLC的AQ0I端子上，中间继电器KA1-2、KA2-3的常开触点的一端连接在PLC的AQ0G端子上，另一端连接在GND上，用电流控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器频率的变化；1号循环泵变频控制柜14和2号循环泵变频控制柜15的控制电源分别通过控制器的熔断器FU1、FU2，经过主令开关SA转换，分别控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器，1号循环泵变频器电路经过熔断器FU1连接常闭按钮开关SS1，又经常开按钮开关SF1，接通中间继电器KA1的线圈开始工作，给起动信号后，系统根据出口、回口温差变化自动工作，同时通过继电器KA1的触点接通运行指示灯HG1；2号循环泵变频器电路经过熔断器FU2连接常闭按钮开关SS2，经常开按钮开关SF2，接通中间继电器KA2的线圈开始起动工作，给起动信号后，根据出水、回水温差变化，系统自动运行，同时通过继电器KA2的触点接通运行指示灯HG2，若有故障输出，故障报警分别接通1号循环泵变频器的中间继电器KA3和2号循环泵变频器的中间继电器KA4，并通过中间继电器KA3-2、KA4-2的触点接通报警指示灯HY1和HY2； GPRS通讯模块30通过PLC的通信接口COM1与PLC连接，将PLC中的数据传输给网络管理监控中心，从而实现网络管理监控中心对现场的远程监控；触摸屏与PLC的编程接口COM0连接，报警短信通过GPRS通讯模块以短信方式向手机发送报警状态；内装有计算机、打印机、显示屏的网络管理监控中心1通过互联网7与移动通讯GSM网络9相连接，GPRS通讯模块30通过移动通讯GSM网络9接入互联网7，GPRS通讯模块30通过RS485通讯线31与控制器22连接，网络管理监控中心1通过天线32与GPRS网络温度采集器24相连接，互联网7与天线32连接。

本发明的有益效果：本发明采用PLC检测锅炉循环水的出口、回口温度及环境温度，根据设定的锅炉循环水的出口、回口温度差值自动控制变频器的工作频率，同时检测检测锅炉循环水的出口、回口的压力，当系统压力超出设定范围时，或系统温差值超出设定范围时控制器都会自动报警，并能通过GPRS通讯模块发出短信和语音报警，同时控制器和网络管理监控中心的计算机会自动记录。控制器自动控制、调整变频器的工作频率，不仅能对采暖系统的运行状态实时调整，而且能将调整过程及运行状态完整自动记录，工作状态可以在触摸屏上实时显示，通过触摸屏调整控制装置工作参数。本发明可使采暖系统的运行处于理想的状态，燃煤效率高，耗电量少，对于提高供暖质量，做到节能减排具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电路方框图；

图3为本发明中控制器的电路原理图；

图4为本发明的程序总体结构示意图；

图5为本发明中网络监控中心的程序流程图；

图6为本发明中各工作站温差控制程序的主程序流程图；

图7为本发明中各工作站温差控制程序子程序的流程图；

图8为本发明中工作站触摸屏的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种采暖系统网络智能控制装置，如图1所示，包括采暖管网，在采暖管网上设有供热设备2及与供热设备2连接的供热出口3、供热回口5、1号循环泵11、2号循环泵12、1号循环泵变频控制柜14、2号循环泵变频控制柜15和散热器25，其中：在采暖管网上的供热出口3处装有出口温度传感器4和出口压力变送器8，在采暖管网上的供热回口5处装有回口温度传感器17、回口压力变送器16和泄压电磁阀28，控制器22通过室外温度传输信号线18与室外温度采集器13相连接，可采集室外温度的变化；控制器22通过出口温度电路传输信号线6与出口温度传感器4相连接，可以采集采暖系统出口管路温度的变化；控制器22通过出口压力电路传输信号线10与出口压力变送器8相连接，可以采集采暖系统出水管道压力的变化；控制器22通过回口温度电路传输信号线20与回口温度传感器17相连接，可以采集采暖系统回水管路温度的变化；控制器22通过回口压力电路传输信号线23与回口压力变送器16相连接，可以采集采暖系统回水管道压力的变化；控制器22通过控制电磁阀护套线29与泄压电磁阀28相连接，当回水管道的压力超过设定压力时，控制器22通过控制电磁阀护套线29控制泄压电磁阀28工作，释放管网内的循环水，可将管网压力控制在设定压力以下；控制器22通过1号控制频率信号线19与采暖管网上的1号循环泵变频控制柜14连接，控制器22通过2号控制频率信号线21与采暖管网上的2号循环泵变频控制柜15连接，1号循环泵变频控制柜14通过1号电机控制电缆26与采暖管网上的1号循环泵11相连接，2号循环泵变频控制柜15通过2号电机控制电缆27与采暖管网上的2号循环泵12相连接。采暖系统在设计循环泵时，为考虑安全，防止气化，应按两台循环泵设计，所以在控制系统中也要考虑应急措施，使两台循环泵之间互锁互补，联动、自动控制，达到安全可靠运行。

网络管理监控中心1是由较大规格的显示屏、计算机、打印机等组成，根据供暖面积，规模较大的可选用多台电子计算机控制。网络管理监控中心1与互联网7连接，网络管理监控中心1通过互联网7与移动通讯GSM网络9相连接，GPRS通讯模块30通过移动通讯GSM网络9接入互联网7，GPRS通讯模块30通过RS485通讯线31与控制器22连接，网络管理监控中心1通过天线32与GPRS网络温度采集器24相连接，互联网7与天线32连接。通过这样的设置可以建立供暖监控指挥中心平台，对各个供暖系统的设备运行状况通过网络计算机可以实时跟踪管理，将各种数据存入数据库，作为历史资料备查。便于供暖系统的实时跟踪管理，实现现场信息采集、数据库的建立、存档、打印、设备的完好率考核记录等。设备如有故障，网络通讯通过手机短信、语音等及时通知有关人员进行检查检修，也可以通过计算机查找故障。换热站利用这一技术可以做到无人值守，大量减少人力物力。通过网络计算机对供暖管网各个末端的温度采集，对供暖系统的管路供热量调配、调试提供一手的技术数据，对于提高供暖质量，降低成本，节能减排有了可靠的技术保障。设备通过GPRS通讯网络与计算机相结合，采用RS485标准接口在远程随时都可以监控终端（各供暖网点、锅炉房、换热站及业主用户）的设备运行状况。如：供热系统的出水口和回水口的温度及压力变化；GPRS网络温度采集器24可直接了解到各用户（住户）的温度变化情况。

图2为本发明的电路方框图。其由电源单元、控制单元、输入与执行单元、传感器单元、GPRS通讯模块单元和触摸屏构成。其中：在电源单元中，将输入的交流电源220V变换为24V直流电源，向控制单元、触摸屏、输入与执行单元、传感器单元、GPRS通讯模块单元供电；控制单元以PLC可编程控制为核心，控制触摸屏显示工作状态，接受人工操作触摸屏的工作指令，接受输入的启动、停止信号，控制报警、显示状态，控制变频器工作，接收温度传感器、压力变送器的输入信号；在输入与执行单元中：输入包括人工启动、停止，故障输入，执行包括控制变频器启动、停止、工作频率；在传感器单元中：检测温度传感器的输入信号，检测压力变送器的输入信号；触摸屏与可编程控制配套，显示系统的工作状态，接受人工操作触摸屏的工作指令，GPRS通讯模块与控制器连接，接收控制器的工作命令及信息，GPRS通讯模块通过天线与互联网连接，接收与传输信息。

图3为本发明中控制器的电路原理图。控制器22由PLC、温度检测扩展模块、继电器和触摸屏构成，其电路之间的连接关系是：电源经断路器QF接通开关电源，开关电源输出DC24V电压供给PLC、触摸屏和GPRS通讯模块，其电路通过中间继电器KA1-1、KA2-1的常开触点连接到PLC上的启动信号X0端子上，分别控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器的运行；故障输入继电器KA3-1、KA4-1的常开触点的一端连接到PLC的X3端子上，另一端与24V电源连接，分别控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器的故障报警；温差报警继电器KA0的一端接在PLC的Y0输出端子上，另一端与开关电源COM端子相连接，通过温差报警继电器KA0常开触点接通报警器；出口温度传感器4接在PLC的RT0M、RT0+、RT0-端子上，回口温度传感器17接在PLC的RT1M、RT1+、RT1-端子上，其目的是采集出水、回水温度，通过温差值的变化控制水泵的转速；出口压力变送器8接在PLC的AI0V、AI0I、AI0G端子上，回口压力变送器16接在PLC的AI1V、AI1I、AI1G端子上，通过对出水、回水管路压力的采集、判断，具有对管路保护的功能；中间继电器的KA1-2、KA2-2的常开触点连接在PLC的AQ0I端子上，中间继电器KA1-2、KA2-3的常开触点的一端连接在PLC的AQ0G端子上，另一端连接在GND上，用电流控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器频率的变化；1号循环泵11和2号循环泵12为供暖管网上的设备，可分别交替使用，自身带有电机，由变频控制柜来控制循环泵电机的频率，而变频器频率的变化则是由控制器来控制的。由于原有的控制器是通过手工来调节变频器的频率，因而使得这种调节不准确。本发明通过其控制器中的PLC自动控制变频器频率，可以做到及时、准确。循环泵变频器的电路启动原理是：1号循环泵变频控制柜14和2号循环泵变频控制柜15的控制电源分别通过控制器的熔断器FU1、FU2，经过主令开关SA转换，分别控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器，1号循环泵变频器电路经过熔断器FU1连接常闭按钮开关SS1，又经常开按钮开关SF1，接通中间继电器KA1的线圈开始工作，给起动信号后，系统根据出口、回口温差变化自动工作，同时通过继电器KA1的触点接通运行指示灯HG1；2号循环泵变频器电路经过熔断器FU2连接常闭按钮开关SS2，经常开按钮开关SF2，接通中间继电器KA2的线圈开始起动工作，给起动信号后，根据出水、回水温差变化，系统自动运行，同时通过继电器KA2的触点接通运行指示灯HG2，若有故障输出，故障报警分别接通1号循环泵变频器的中间继电器KA3和2号循环泵变频器的中间继电器KA4，并通过中间继电器KA3-2、KA4-2的触点接通报警指示灯HY1和HY2; GPRS通讯模块30通过PLC的通信接口COM1与PLC连接，将PLC中的数据传输给网络管理监控中心1，从而实现网络管理监控中心1对现场的远程监控；触摸屏与PLC的编程接口COM0连接，作为现场的人机交流界面，实现人机对话、数据查看和参数设置；报警短信通过GPRS通讯模块30以短信方式向手机发送报警状态。

图4为本发明中的程序总体结构示意图。本发明的程序由网络监控中心程序、工作站温差控制程序、工作站触摸屏程序三部分组成。监控中心可以借助无线及有线网络，对其管理区域内的各工作站进行统一的管理，包括故障报警、数据查看、工作站控制、工作站在线状态查看，以及工作记录的自动存储等功能；各工作站温差控制程序，可以实现本供热站的故障报警及记录，并且根据温差对电机进行变频调节，从而实现经济、高效供热的目的。各工作站触摸屏程序可以对本工作站进行故障报警、工作数据查看、温差控制参数修改及工作数据的定时存储。

图5为本发明中网络监控中心的程序流程图。程序初始化以后进入程序的初始步，然后反复对各子程序进行串行执行。故障判断子程序是出现故障后在屏幕上进行故障提示，如果故障未排除，故障继续提示，否则取消故障提示，执行下一程序；工作记录查询：如果有工作记录查询操作，则显示相关数据，显示之后用户可以手动退出，如果没有用户记录查询操作，则执行下一程序；参数设置操作：如果有用户操作，则先验证用户及密码，密码正确则赋予用户相应权限，并对用户登录时间进行记录，操作后用户必须选择手动退出，如果用户密码验证时出现错误，则执行下一程序；循环计时两分钟，两分钟计时时间到，工作记录存入数据库，否则执行下一程序；工作站与监控中心连接判断：如果连接正常则提示已连接，否则提示未连接，程序返回到初始步然后反复执行。

图6和图7为本发明中各工作站温差控制程序的主程序流程图和各工作站温差控制程序子程序的流程图。主程序初始化之后进入初始步，然后循环执行各子程序，温差大于预设温度时，变频器开始工作，电机启动，并且转速逐步增加，当工作频率达到40Hz时，系统进入调温阶段，此时电机转速将根据温差进行综合调节；当温差值小于预设停泵温差时，电机停转并进入下一程序。温差小于预设温差时，程序自动进入下一程序；变频故障时系统将进行报警，否则进入下一程序；温差过高判断：如果温差高于预设温度，则进行温差过高报警，温差值正常时，温差过高报警自动解除，程序返回程序初始步，无温差故障时，程序同样进入初始步。

图8为本发明中工作站触摸屏的程序流程图。程序初始化之后进入程序初始步，然后循环执行各子程序。故障出现时在触摸屏上进行故障提示，然后存储故障信息，此时用户必须手动退出，系统无故障时执行下一程序；当用户执行工作记录查询时显示相关数据，用户可以选择手动退出，如果用户无查询操作时进入下一程序；当用户进行参数修改操作时，子程序开始执行并验证用户密码，密码正确后用户可以修改参数，否则不能修改，程序进入下一步，如果用户没有参数修改操作，进入下一程序；循环计时2分钟，计时时间到数据存入存储卡，程序返回初始步，如果循环计时时间未到，程序进入初始步。

本发明利用差温控制技术，根据出口温度和回口温度的变化调节、控制循环泵的运转速度，设定出口与回口温差。当出口温度与回口温度差值低于设定温差时，降低循环泵变频器运转速度；出口和回口温度差大于设定温差时，加大循环泵运转速度；当停炉后，出口和回口温度差值逐渐拉近或相差无几时，速度逐渐减慢并自动停机。由于控制准确、及时，消耗的电和热能得到有效控制，大大提高节能效果。采用这一先进技术，既可靠安全，又可自动、联动控制，节能效果显著，也充分显现出变频器的应用价值。采暖系统的自动、联动控制又有了新的飞跃和发展，较人工控制省人力，省能源，大大降低供热成本。通过网络智能管理，能够使供暖系统安全运行，控制碳排放。由于利用网络平台，锅炉安全运行由单一的管理向多级管理转变，由人工管理向电脑、人工双管理转变，如：设备运行能长年连续记录，如出故障通过网络通讯、手机短信、语音等及时通知有关人员进行检查检修，极大的提高了安全运行保障。循环泵利用温差控制这一先进技术可以自动控制启动、停止，对于锅炉房夜间锅炉自燃烧而引起锅炉水温度过高，容易气化，用差温控制技术可以自动启、停循环泵，彻底解决气化的不安全因素。而且，通过网络可以在设备出现故障第一时间通过手机短信或语音报警通知有关人员进行安全检查检修。

本实施例中，电源选用的是DC24V电源，负责向PLC供电。控制器的核心部件PLC选用的型号是HW--S20ZA024R，温度检测扩展模块选用的型号是HW--S04RC024N，对电路进行控制，负责检测循环水入口温度及循环水出口温度差、循环回水压力、循环出水口压力、数据记录、数据分析、状态显示、故障反馈检测、电动机变频器工作控制、触摸屏显示操作，控制变频器工作频率、检测变频器故障，控制GPRS通讯模块接收修改参数指令、控制GPRS通讯模块发送工作状态信息，负责接收PLC的启动停止命令、工作频率命令、控制电动机工作。空气开关选用的型号是DZ47系列，负责向系统供电，在系统发生故障电流过大时切断供电回路。GPRS通讯模块选用的型号是H7210，通过RS485接口与PLC连接，负责接收发送修改参数指令、工作状态信息。触摸屏选用的型号是LEVI777I，通过专用接口与PLC通信，负责显示工作状态、修改工作参数、存储工作记录。温度传感器选用的型号是PT100，与PLC连接，负责检测循环水温度，压力变送器选用的型号是SFP－98，与PLC连接，负责检测循环水压力。

Claims (1)

1.一种采暖系统网络智能控制装置，包括采暖管网，其特征在于：在采暖管网上的供热出口（3）处装有出口温度传感器(4)和出口压力变送器(8)，在采暖管网上的供热回口(5)处装有回口温度传感器(17)、回口压力变送器(16)和泄压电磁阀（28），控制器(22)通过室外温度传输信号线(18)与室外温度采集器(13)相连接，控制器(22)通过出口温度电路传输信号线(6)与出口温度传感器(4)相连接，控制器(22)通过出口压力电路传输信号线(10)与出口压力变送器（8）相连接，控制器(22)通过回口温度电路传输信号线（20）与回口温度传感器(17)相连接，控制器(22)通过回口压力电路传输信号线(23)与回口压力变送器(16)相连接，控制器(22)通过控制电磁阀护套线(29)与泄压电磁阀（28）相连接，控制器(22)通过1号控制频率信号线（19）与采暖管网上的1号循环泵变频控制柜(14)连接，控制器(22)通过2号控制频率信号线(21)与采暖管网上的2号循环泵变频控制柜（15）连接，1号循环泵变频控制柜（14）通过1号电机控制电缆（26）与采暖管网上的1号循环泵(11)连接，2号循环泵变频控制柜(15)通过2号电机控制电缆(27)与采暖管网上的2号循环泵(12)连接；控制器(22)由PLC、温度检测扩展模块、继电器和触摸屏构成，其电路之间的连接关系是：电源经断路器QF接通开关电源，开关电源输出DC24V电压供给PLC、温度检测扩展模块、触摸屏和GPRS通讯模块（30），其电路通过中间继电器KA1-1、KA2-1的常开触点连接到PLC上的启动信号X0端子上，故障输入继电器KA3-1、KA4-1的常开触点的一端连接到PLC的X3端子上，另一端与24V电源连接，温差报警继电器KA0的一端接在PLC的Y0输出端子上，另一端与开关电源COM端子相连接，通过温差报警继电器KA0常开触点接通报警器，出口温度传感器（4）接在PLC的RT0M、RT0+、RT0-端子上，回口温度传感器(17)接在PLC的RT1M、RT1+、RT1-端子上，出口压力变送器(8)接在PLC的AI0V、AI0I、AI0G端子上，回口压力变送器(16)接在PLC的AI1V、AI1I、AI1G端子上，中间继电器KA1-2、KA2-2的常开触点连接在PLC的AQ0I端子上，中间继电器KA1-2、KA2-3的常开触点的一端连接在PLC的AQ0G端子上，另一端连接在GND上；1号循环泵变频控制柜（14）和2号循环泵变频控制柜(15)的控制电源分别通过控制器的熔断器FU1、FU2，经过主令开关SA转换，分别控制采暖管网上的1号循环泵变频器或2号循环泵变频器，1号循环泵变频器电路经过熔断器FU1连接常闭按钮开关SS1，又经常开按钮开关SF1，接通中间继电器KA1的线圈开始工作，给起动信号后，系统根据出口、回口温差变化自动工作，同时通过继电器KA1的触点接通运行指示灯HG1；2号循环泵变频器电路经过熔断器FU2连接常闭按钮开关SS2，经常开按钮开关SF2，接通中间继电器KA2的线圈开始起动工作，给起动信号后，根据出水、回水温差变化，系统自动运行，同时通过继电器KA2的触点接通运行指示灯HG2，若有故障输出，故障报警分别接通1号循环泵变频器的中间继电器KA3和2号循环泵变频器的中间继电器KA4，并通过中间继电器KA3-2、KA4-2的触点接通报警指示灯HY1和HY2；GPRS通讯模块(30)通过PLC的通信接口COM1与PLC连接，触摸屏与PLC的编程接口COM0连接，报警短信通过GPRS通讯模块(30)以短信方式向手机发送报警状态；内装有计算机、打印机、显示屏的网络管理监控中心（1）通过互联网（7）与移动通讯GSM网络(9)相连接，GPRS通讯模块(30)通过移动通讯GSM网络(9)接入互联网(7)，GPRS通讯模块(30)通过RS485通讯线(31)与控制器(22)连接，网络管理监控中心（1）通过天线（32）与GPRS网络温度采集器（24）相连接，互联网（7）与天线（32）连接。

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