JP3237719U - Servo controller to control the servo valve of the steam turbine - Google Patents
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Abstract
【課題】異なるユニットのサーボバルブの制御ニーズを満たすことができる蒸気タービンのサーボバルブを制御するためのサーボコントローラを提供する。【解決手段】蒸気タービンのサーボバルブを制御するためのサーボコントローラであって、デュアルスロットIOベース、サーボ制御マスタモジュール及びサーボ制御スレーブモジュールを備え、サーボ制御マスタモジュールのFPGAとマスタモジュールMCUはSPIバスで接続され、サーボ制御マスタモジュールはFPGAで外部接続端子に接続され、マスタモジュールMCUはシステムバスに接続され、FPGAと外部接続端子の間にバルブ位置センサ入力及びサーボ制御出力の各チャネルが設置され、スレーブモジュールMCUは外部接続端子とシステムバスの間に接続され、スレーブモジュールMCUと外部接続端子の間にアナログ量入力と出力及びスイッチング入力と出力の各チャネルが設置される。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a servo controller for controlling a servo valve of a steam turbine capable of satisfying the control needs of a servo valve of different units. A servo controller for controlling a servo valve of a steam turbine, including a dual slot IO base, a servo control master module and a servo control slave module, and an FPGA and a master module MCU of the servo control master module are SPI buses. The servo control master module is connected to the external connection terminal by FPGA, the master module MCU is connected to the system bus, and the valve position sensor input and servo control output channels are installed between the FPGA and the external connection terminal. , The slave module MCU is connected between the external connection terminal and the system bus, and analog quantity input and output and switching input and output channels are installed between the slave module MCU and the external connection terminal. [Selection diagram] Fig. 3
Description
本考案は蒸気タービンの制御分野に属し、具体的に蒸気タービンのサーボバルブを制御するためのサーボコントローラに関する。 The present invention belongs to the control field of a steam turbine, and specifically relates to a servo controller for controlling a servo valve of a steam turbine.
デジタル電気油圧式制御システム(Digital Electric Hydraulic Control System、DEH)において現在よく使用されているのはDCSを基礎とするシステムである。DCSは分散型制御システムの英語の略称(Distributed Control System)であり、分散制御システムとも称され、集中型制御システムよりも新型のコンピュータ制御システムである。 Currently commonly used in digital electro-hydraulic control systems (DEH) are DCS-based systems. DCS is an English abbreviation for distributed control system (Distributed Control System), also called a distributed control system, and is a newer type of computer control system than a centralized control system.
蒸気タービンのデジタル電気油圧式制御システム(Digital Electric Hydraulic System、DEH)においてサーボ制御装置は主に油圧サーボモータのバルブ開度の閉ループ制御を実現する。DEHコントローラにより生成された油圧サーボモータのバルブ位置命令信号は、サーボ増幅モジュール、電気油圧式サーボバルブによって油圧調整信号を油圧サーボモータに形成する。油圧サーボモータのストロークは変位センサにより検出されてからサーボ増幅モジュールにフィードバックされ、該油圧サーボモータのバルブ位置実行と一致するように維持させ、それによりDEH全体のサーボ装置のバルブ位置に対する命令を完了して閉ループ制御を完了する。従来のサーボ制御装置は柔軟に配置できないため、異なるユニットのニーズを効果的に満たすことができない。 In a digital electro-hydraulic system (DEH) of a steam turbine, the servo control device mainly realizes closed-loop control of the valve opening of the hydraulic servomotor. The valve position command signal of the hydraulic servomotor generated by the DEH controller forms a hydraulic adjustment signal on the hydraulic servomotor by the servo amplification module and the electro-hydraulic servo valve. The stroke of the hydraulic servomotor is detected by the displacement sensor and then fed back to the servo amplification module to maintain it in line with the valve position execution of the hydraulic servomotor, thereby completing the command to the valve position of the servo device throughout the DEH. And complete the closed loop control. Since the conventional servo control device cannot be flexibly arranged, it cannot effectively meet the needs of different units.
本考案の目的は上記従来技術の問題に対して、蒸気タービンのサーボバルブを制御するためのサーボコントローラを提供することにあり、実際の応用状況に応じて配置し、異なるユニットの制御ニーズを満たすことができる。 An object of the present invention is to provide a servo controller for controlling a servo valve of a steam turbine in response to the above-mentioned problems of the prior art, and it is arranged according to an actual application situation to meet the control needs of different units. be able to.
上記目的を達成するために、本考案は以下の技術的解決手段を有する。 In order to achieve the above object, the present invention has the following technical solutions.
蒸気タービンのサーボバルブを制御するためのサーボコントローラであって、デュアルスロットIOベースを備え、前記デュアルスロットIOベースにサーボ制御マスタモジュール及びサーボ制御スレーブモジュールが設置され、前記サーボ制御マスタモジュールはマスタモジュールMCU及びFPGAを備え、FPGAとマスタモジュールMCUはSPIバスを介して接続され、前記サーボ制御マスタモジュールは前記FPGAにより前記サーボ制御マスタモジュールに対する外部接続端子に接続され、マスタモジュールMCUはシステムバスに接続され、FPGAと外部接続端子との間に2パスのバルブ位置センサ入力チャネル及び2パスのサーボ制御出力チャネルが設置され、前記サーボ制御スレーブモジュールはスレーブモジュールMCUを備え、スレーブモジュールMCUは外部接続端子とシステムバスとの間に接続され、スレーブモジュールMCUと外部接続端子との間に2パスのアナログ量入力チャネル、2パスのアナログ量出力チャネル、4パスのDC48Vスイッチング入力チャネル及び2パスのDC24Vスイッチング出力チャネルが設置され、前記マスタモジュールMCUとスレーブモジュールMCUはUARTポートを介してデータを交換するためのマスタスレーブ相互接続信号線に接続される。 A servo controller for controlling a servo valve of a steam turbine, which is equipped with a dual slot IO base, a servo control master module and a servo control slave module are installed on the dual slot IO base, and the servo control master module is a master module. The MCU and the FPGA are provided, the FPGA and the master module MCU are connected via the SPI bus, the servo control master module is connected to the external connection terminal to the servo control master module by the FPGA, and the master module MCU is connected to the system bus. A 2-pass valve position sensor input channel and a 2-pass servo control output channel are installed between the FPGA and the external connection terminal, the servo control slave module includes a slave module MCU, and the slave module MCU has an external connection terminal. 2pass analog amount input channel, 2pass analog amount output channel, 4pass DC48V switching input channel and 2pass DC24V switching between the slave module MCU and the external connection terminal. An output channel is installed, and the master module MCU and the slave module MCU are connected to a master-slave interconnection signal line for exchanging data via the UART port.
本考案に係るサーボコントローラの好適な解決手段として、前記FPGAと外部接続端子との間の2パスのバルブ位置センサ入力チャネルは3線式又は6線式のLVDT信号をサポートする。 As a preferred solution of the servo controller according to the present invention, the 2-pass valve position sensor input channel between the FPGA and the external connection terminal supports a 3-wire or 6-wire LVDT signal.
本考案に係るサーボコントローラの好適な解決手段として、前記FPGAと外部接続端子との間の2パスのバルブ位置センサ入力チャネルのソース側励起電圧有効値範囲は1V~7Vであり、ソース側励起周波数範囲は1KHz~4KHzであり、バルブ位置入力精度は±0.1%である。 As a preferred solution for the servo controller according to the present invention, the effective source side excitation voltage range of the 2-pass valve position sensor input channel between the FPGA and the external connection terminal is 1V to 7V, and the source side excitation frequency. The range is 1 KHz to 4 KHz, and the valve position input accuracy is ± 0.1%.
本考案に係るサーボコントローラの好適な解決手段として、前記FPGAと外部接続端子との間の2パスのサーボ制御出力チャネルは出力電流又は電圧として設定することができ、電流出力範囲が-40mA~40mAであり、電圧出力範囲が-10V~10Vであり、サーボ制御出力精度が±0.2%である。 As a preferred solution for the servo controller according to the present invention, the 2-pass servo control output channel between the FPGA and the external connection terminal can be set as an output current or voltage, and the current output range is -40 mA to 40 mA. The voltage output range is −10V to 10V, and the servo control output accuracy is ± 0.2%.
本考案に係るサーボコントローラの好適な解決手段として、前記2パスのアナログ量入力チャネルの入力タイプは0~20mA又は4~20mAの電流であり、精度が0.1%以上である。 As a suitable solution for the servo controller according to the present invention, the input type of the 2-pass analog amount input channel is a current of 0 to 20 mA or 4 to 20 mA, and the accuracy is 0.1% or more.
本考案に係るサーボコントローラの好適な解決手段として、前記2パスのアナログ量出力チャネルの出力タイプは電流出力タイプと電圧出力タイプとを含み、前記電流出力タイプの電流の範囲は0~20mA又は4~20mAであり、前記電圧出力タイプの電圧の範囲は0~10V又は0~5Vであり、前記電流出力タイプの電流の精度と前記電圧出力タイプの電圧の精度が0.1%以上である。 As a preferred solution of the servo controller according to the present invention, the output type of the 2-pass analog amount output channel includes a current output type and a voltage output type, and the current range of the current output type is 0 to 20 mA or 4 It is about 20 mA, the voltage range of the voltage output type is 0 to 10 V or 0 to 5 V, and the accuracy of the current of the current output type and the accuracy of the voltage of the voltage output type are 0.1% or more.
本考案に係るサーボコントローラの好適な解決手段として、前記4パスのDC48Vスイッチング入力チャネルの信号タイプはドライ接点であり、且つ各パスはSOE機能をサポートする。 As a preferred solution of the servo controller according to the present invention, the signal type of the 4-pass DC48V switching input channel is a dry contact, and each pass supports the SOE function.
本考案に係るサーボコントローラの好適な解決手段として、前記2パスのDC24Vスイッチング出力チャネルの信号タイプはレベル信号であり、駆動能力が1パスあたりにDC24V 0.5Aである。 As a preferred solution of the servo controller according to the present invention, the signal type of the 2-pass DC24V switching output channel is a level signal, and the drive capacity is DC24V 0.5A per pass.
本考案に係るサーボコントローラの好適な解決手段として、前記マスタモジュールMCUはオンボード温度センサチップ及び16MBのSPI NOR FLASHメモリに接続される。 As a preferred solution for the servo controller according to the present invention, the master module MCU is connected to an onboard temperature sensor chip and a 16MB SPI NOR FLASH memory.
従来技術に比べて、本考案は以下の有益な効果を有する。デュアルスロットIOベースにサーボ制御マスタモジュール及びサーボ制御スレーブモジュールを設置することにより、実際の応用状況に応じてサーボ制御スレーブモジュールを必要とするかどうかを柔軟に設定することができる。本考案のサーボ制御マスタモジュールは最も主要なバルブ位置サンプリング、回路調整及び制御出力を完了し、サーボ制御スレーブモジュールは追加の機能的なI/O及び信号処理を完了する。マスタモジュールMCUとスレーブモジュールMCUはマスタスレーブ相互接続信号線を介して通信してデータを交換し、統合配置を容易に行うことができ、構造がシンプルである。本考案はサーボバルブの制御を1対1のモードで実現することができ、より多くの入力及び出力点数のサーボバルブに適用され、異なる蒸気タービンユニットの制御ニーズをできる限り満たす。 Compared with the prior art, the present invention has the following beneficial effects. By installing the servo control master module and the servo control slave module on the dual slot IO base, it is possible to flexibly set whether or not the servo control slave module is required according to the actual application situation. The servo control master module of the present invention completes the most major valve position sampling, circuit adjustment and control output, and the servo control slave module completes additional functional I / O and signal processing. The master module MCU and the slave module MCU can communicate with each other via the master-slave interconnection signal line to exchange data, facilitate integrated arrangement, and have a simple structure. The present invention can realize servo valve control in one-to-one mode and is applied to servo valves with more input and output points to meet the control needs of different steam turbine units as much as possible.
以下、図面を参照しながら本考案を更に詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
本考案は蒸気タービンのサーボバルブを制御するためのサーボコントローラを提供し、デュアルスロットIOベースを備え、前記デュアルスロットIOベースにサーボ制御マスタモジュール及びサーボ制御スレーブモジュールが設置され、図2に示される。 The present invention provides a servo controller for controlling a servo valve of a steam turbine, the dual slot IO base is provided, and a servo control master module and a servo control slave module are installed on the dual slot IO base, which is shown in FIG. ..
サーボ制御マスタモジュールはマスタモジュールMCU及びFPGAを備え、FPGAとマスタモジュールMCUはSPIバスを介して接続され、前記サーボ制御マスタモジュールは前記FPGAにより前記サーボ制御マスタモジュールに対する外部接続端子に接続され、マスタモジュールMCUはシステムバスに接続され、FPGAと外部接続端子との間に2パスのバルブ位置センサ入力チャネル及び2パスのサーボ制御出力チャネルが設置され、図3に示される。マスタモジュールMCUはオンボード温度センサチップ及び16MBのSPI NOR FLASHメモリに接続される。図3におけるサーボマスタモジュールはホストコンピュータから送信された命令FPGAのIOポートによって1~7V、1KHz~4KHzの正弦波信号を出力し、FPGAの内部論理ルックアップテーブルにより24個の電圧出力点を正弦波にフィッティングし、FPGAはコード値に対応する電圧振幅出力値をDACにより電圧出力に変換し、演算増幅器により構築された比較器を通った後、プッシュプル回路に入力し、電圧駆動能力を向上させ、次に外部接続端子によりLVDTの励磁コイルに入力し、LVDTにおいて二次コイルを介して外部接続端子によりサーボマスタモジュールにアクセスし、位置再収集ADCによって、LVDT二次コイルにより誘導された電圧振幅信号を再収集処理し、ADCチップはFPGAに接続される。サーボ電流出力命令信号はまずFPGAにより出力命令に対応するコード値を送信し、DACチップにより具体的な電圧振幅に変換し、演算増幅器により構築された比較器を通った後、プッシュプル回路を介して出力駆動能力を向上させ、更にV/I変換回路を通った後に外部接続端子により電流信号を出力し、電流信号を出力するとともに再収集し、出力された命令信号が収集されたものと一致するように確保する。そうでない場合、サーボ電流出力故障指示を報告する。
The servo control master module includes a master module MCU and an FPGA, the FPGA and the master module MCU are connected via the SPI bus, and the servo control master module is connected to the external connection terminal to the servo control master module by the FPGA to be a master. The module MCU is connected to the system bus, and a 2-pass valve position sensor input channel and a 2-pass servo control output channel are installed between the FPGA and the external connection terminal, and are shown in FIG. The master module MCU is connected to the onboard temperature sensor chip and 16MB of SPI NOR FLASH memory. The servo master module in FIG. 3 outputs a sine wave signal of 1 to 7 V, 1 KHz to 4 KHz by the IO port of the instruction FPGA transmitted from the host computer, and
FPGAの2パスのバルブ位置センサ入力チャネルは3線式又は6線式のLVDT信号をサポートする。ソース側励起電圧有効値範囲は1V~7Vであり、ソース側励起周波数範囲は1KHz~4KHzであり、バルブ位置入力精度は±0.1%である。 The FPGA 2-pass valve position sensor input channel supports 3-wire or 6-wire LVDT signals. The source side excitation voltage effective value range is 1V to 7V, the source side excitation frequency range is 1KHz to 4KHz, and the valve position input accuracy is ± 0.1%.
FPGAの2パスのサーボ制御出力チャネルは出力電流又は電圧として設定することができ、電流出力範囲が-40mA~40mAであり、電圧出力範囲が-10V~10Vであり、サーボ制御出力精度が±0.2%である。 The FPGA 2-pass servo control output channel can be set as an output current or voltage, with a current output range of -40mA to 40mA, a voltage output range of -10V to 10V, and a servo control output accuracy of ± 0. .2%.
前記サーボ制御マスタモジュールはホットスワップをサポートし、閉ループ制御周期が4msである。 The servo control master module supports hot swap and has a closed loop control cycle of 4 ms.
サーボ制御スレーブモジュールはスレーブモジュールMCUを備え、スレーブモジュールMCUは外部接続端子とシステムバスとの間に接続され、スレーブモジュールMCUと外部接続端子との間に2パスのアナログ量入力チャネル、2パスのアナログ量出力チャネル、4パスのDC48Vスイッチング入力チャネル及び2パスのDC24Vスイッチング出力チャネルが設置され、図4に示される。回路の外部への接続はいずれも外部接続端子を介してハード配線方式で接続され、アナログ量出力回路については、まずMCUのIOピンによりSPI通信方式で命令信号をDACチップに出力し、次にDACチップにより命令信号を具体的な電圧振幅に変換し、V/I駆動回路により電圧振幅を対応する電流信号に変換し、EMC防護回路を通った後、外部接続端子により現場装置に接続される。アナログ量入力回路については、外部接続端子の外部から入力された電流信号はEMC防護回路を通った後、I/V変換回路により外部から入力された電流信号を対応する振幅の電圧信号に変換し、ADCに対応する入力端子は電圧振幅信号をサンプリングして対応するコード値に変換し、SPIバスを介してMCUと通信し、ADCチップから入力された対応するコード値を読み取る。スイッチング出力回路については、MCUのIOピンは高低レベルに対応するスイッチング命令を出力し、高レベル信号を出力する場合にはオン命令に対応し、MOSスイッチを光結合型リレーに駆動し、光結合型リレーはMOSスイッチのオン命令を受信した後に光結合型リレーがオンされ、EMC防護回路を通った後に24VDCレベルを出力し、外部接続端子により外部装置に接続される。デジタル量入力回路については、外部接続端子によりドライ接点信号にアクセスし、EMC防護回路を通った後、ドライ接点がオンされる場合に光カプラがオンされ、ドライ接点がオフされる場合に光カプラがオフされ、信号がMCUに伝送される。 The servo control slave module is equipped with a slave module MCU, the slave module MCU is connected between the external connection terminal and the system bus, and a 2-pass analog amount input channel and 2-pass analog quantity input channel between the slave module MCU and the external connection terminal. An analog quantity output channel, a 4-pass DC48V switching input channel and a 2-pass DC24V switching output channel are installed and are shown in FIG. All connections to the outside of the circuit are connected by a hard wiring method via an external connection terminal, and for the analog amount output circuit, the instruction signal is first output to the DAC chip by the SPI communication method using the IO pin of the MCU, and then. The command signal is converted into a specific voltage amplitude by the DAC chip, the voltage amplitude is converted into the corresponding current signal by the V / I drive circuit, and after passing through the EMC protection circuit, it is connected to the field device by the external connection terminal. .. For the analog amount input circuit, the current signal input from the outside of the external connection terminal passes through the EMC protection circuit, and then the current signal input from the outside is converted into a voltage signal of the corresponding amplitude by the I / V conversion circuit. The input terminal corresponding to the ADC samples the voltage amplitude signal, converts it into the corresponding code value, communicates with the MCU via the SPI bus, and reads the corresponding code value input from the ADC chip. Regarding the switching output circuit, the IO pin of the MCU outputs the switching command corresponding to the high and low levels, and when outputting the high level signal, it corresponds to the on command, drives the MOS switch to the optical coupling type relay, and optical coupling. The optical coupling type relay is turned on after receiving the ON command of the MOS switch, outputs the 24VDC level after passing through the EMC protection circuit, and is connected to the external device by the external connection terminal. For the digital amount input circuit, after accessing the dry contact signal through the external connection terminal and passing through the EMC protection circuit, the optical coupler is turned on when the dry contact is turned on, and the optical coupler is turned on when the dry contact is turned off. Is turned off and the signal is transmitted to the MCU.
前記スレーブモジュールMCUと外部接続端子との間の2パスのアナログ量入力チャネルの入力タイプは0~20mA又は4~20mAの電流であり、電流精度が0.1%以上である。アナログ量入力は2線及び4線式接続方法をサポートする。 The input type of the 2-pass analog amount input channel between the slave module MCU and the external connection terminal is a current of 0 to 20 mA or 4 to 20 mA, and the current accuracy is 0.1% or more. The analog amount input supports 2-wire and 4-wire connection methods.
前記2パスのアナログ量出力チャネルの出力タイプは電流出力タイプと電圧出力タイプとを含み、前記電流出力タイプの電流の範囲は0~20mA又は4~20mAであり、前記電圧出力タイプの電圧の範囲は0~10V又は0~5Vであり、前記電流出力タイプの電流の精度と前記電圧出力タイプの電圧の精度が0.1%以上である。 The output type of the 2-pass analog amount output channel includes a current output type and a voltage output type, and the current range of the current output type is 0 to 20 mA or 4 to 20 mA, and the voltage range of the voltage output type. Is 0 to 10V or 0 to 5V, and the accuracy of the current of the current output type and the accuracy of the voltage of the voltage output type are 0.1% or more.
4パスのDC48Vスイッチング入力チャネルの信号タイプはドライ接点であり、且つ各パスはSOE機能をサポートする。 The signal type of the 4-pass DC48V switching input channel is dry contact, and each pass supports SOE function.
2パスのDC24Vスイッチング出力チャネルの信号タイプはレベル信号であり、駆動能力が1パスあたりにDC24V 0.5Aである。 The signal type of the 2-pass DC24V switching output channel is a level signal and the drive capability is DC24V 0.5A per pass.
前記サーボ制御スレーブモジュールはホットスワップをサポートする。 The servo control slave module supports hot swap.
マスタモジュールMCUとスレーブモジュールMCUはUARTポートを介してデータを交換するためのマスタスレーブ相互接続信号線に接続される。 The master module MCU and the slave module MCU are connected to the master-slave interconnection signal line for exchanging data via the UART port.
以上の説明は本考案の好適な実施例に過ぎず、本考案を制限するためのものではなく、当業者が理解できるように、本考案の趣旨及び原則から逸脱することなく、該技術的解決手段は更に種々の簡単な修正や置換を行うことができ、これらの修正や置換もいずれも特許請求の範囲に含まれる保護範囲内に属する。 The above description is merely a preferred embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention, and as can be understood by those skilled in the art, the technical solution without departing from the spirit and principle of the present invention. The means can further make various simple modifications and substitutions, all of which fall within the scope of the claims.
Claims (10)
デュアルスロットIOベースを備え、前記デュアルスロットIOベースにサーボ制御マスタモジュール及びサーボ制御スレーブモジュールが設置され、前記サーボ制御マスタモジュールはマスタモジュールMCU(Microcontroller Unit)及びFPGA(Field Programmable Gate Array)を備え、前記FPGAと前記マスタモジュールMCUはSPI(Serial Peripheral interface)バスを介して接続され、前記サーボ制御マスタモジュールは前記FPGAにより前記サーボ制御マスタモジュールに対する外部接続端子に接続され、前記マスタモジュールMCUはシステムバスに接続され、前記FPGAと前記外部接続端子との間に2パスのバルブ位置センサ入力チャネル及び2パスのサーボ制御出力チャネルが設置され、前記サーボ制御スレーブモジュールはスレーブモジュールMCUを備え、前記スレーブモジュールMCUは前記外部接続端子と前記システムバスとの間に接続され、前記スレーブモジュールMCUと前記外部接続端子との間に2パスのアナログ量入力チャネル、2パスのアナログ量出力チャネル、4パスのDC48Vスイッチング入力チャネル及び2パスのDC24Vスイッチング出力チャネルが設置され、前記マスタモジュールMCUと前記スレーブモジュールMCUはUARTポートを介してデータを交換するためのマスタスレーブ相互接続信号線に接続されることを特徴とする蒸気タービンのサーボバルブを制御するためのサーボコントローラ。 It is a servo controller for controlling the servo valve of the steam turbine.
A dual slot IO base is provided, a servo control master module and a servo control slave module are installed on the dual slot IO base, and the servo control master module is equipped with a master module MCU (Microcontroller Unit) and an FPGA (Field Programmable Gate Array). The FPGA and the master module MCU are connected via an SPI (Serial Peripheral interface) bus, the servo control master module is connected to an external connection terminal to the servo control master module by the FPGA, and the master module MCU is a system bus. A 2-pass valve position sensor input channel and a 2-pass servo control output channel are installed between the FPGA and the external connection terminal, and the servo control slave module includes a slave module MCU and the slave module. The MCU is connected between the external connection terminal and the system bus, and has a 2-pass analog amount input channel, a 2-pass analog amount output channel, and a 4-pass DC48V between the slave module MCU and the external connection terminal. A switching input channel and a 2-pass DC24V switching output channel are installed, and the master module MCU and the slave module MCU are connected to a master-slave interconnection signal line for exchanging data via a UART port. A servo controller for controlling the servo valve of the steam turbine.
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