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文檔簡介

1、 過程控制過程控制 Process Control 下篇下篇 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 第第1章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)l本章要求本章要求 基本要求:基本要求: 理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類、原理和組成;理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類、原理和組成;了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)和發(fā)展趨勢。了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)和發(fā)展趨勢。本章提要本章提要 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是自動控制理論、自動化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是自動控制理論、自動化技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物??刂评碚摷夹g(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物??刂评碚摰陌l(fā)

2、展,尤其是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,與計(jì)算的發(fā)展,尤其是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,與計(jì)算機(jī)技術(shù)息息相關(guān)。機(jī)技術(shù)息息相關(guān)。 本章主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念、本章主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念、系統(tǒng)分類、評價(jià)性能及其指標(biāo)、工業(yè)控制機(jī)的系統(tǒng)分類、評價(jià)性能及其指標(biāo)、工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢。特點(diǎn)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢。第第1章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理和組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理和組成 1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo) 1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計(jì)

3、算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜性與集成度的隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜性與集成度的提高,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。計(jì)算提高,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)發(fā)展中的高級階段,機(jī)控制系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)發(fā)展中的高級階段,是自動控制系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)分支。計(jì)算機(jī)是自動控制系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)分支。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件代替自動控制控制系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件代替自動控制系統(tǒng)中的控制器,它以自動控制理論和計(jì)算機(jī)技系統(tǒng)中的控制器,它以自動控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)、自動控制和生產(chǎn)過程術(shù)為基礎(chǔ),

4、綜合了計(jì)算機(jī)、自動控制和生產(chǎn)過程等多方面的知識。當(dāng)前,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已成為等多方面的知識。當(dāng)前,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已成為許多大型自動化生產(chǎn)線不可缺少的重要組成部分。許多大型自動化生產(chǎn)線不可缺少的重要組成部分。生產(chǎn)過程自動化的程度以及計(jì)算機(jī)在自動化中的生產(chǎn)過程自動化的程度以及計(jì)算機(jī)在自動化中的應(yīng)用程度已成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)應(yīng)用程度已成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。重要標(biāo)志。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展歷程 第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論l20世紀(jì)世紀(jì)50年代以前的人工控制階段年代以前的人工控制階段 (基地式儀表控制系統(tǒng))(基地式儀表控制系統(tǒng)) l20世紀(jì)世紀(jì)60年代

5、的模擬式儀表控制階段年代的模擬式儀表控制階段 (電動單元組合式儀表控制系統(tǒng))(電動單元組合式儀表控制系統(tǒng)) l20世紀(jì)世紀(jì)70年代的計(jì)算機(jī)集中控制階段年代的計(jì)算機(jī)集中控制階段 l20世紀(jì)世紀(jì)80年代的集散式控制階段年代的集散式控制階段 (分布式控制系統(tǒng))(分布式控制系統(tǒng)) 某熱電廠鍋爐儀表集中控制室某熱電廠鍋爐儀表集中控制室 某熱電廠鍋爐計(jì)算機(jī)控制室某熱電廠鍋爐計(jì)算機(jī)控制室 第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1.1.1 典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類l 啤酒罐計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)啤酒罐計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)l 計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)計(jì)

6、算機(jī)檢測系統(tǒng)l 氣燒石灰窯計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)氣燒石灰窯計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)l 企業(yè)綜合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)企業(yè)綜合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)見教材見教材P1-4第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類按控制系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類按控制系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng) 監(jiān)督控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(1) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))(計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)) 第1章 計(jì)算機(jī)

7、控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng))直接數(shù)字控制系統(tǒng)(Direct Digital ControlDDC)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(3)監(jiān)督控制系統(tǒng))監(jiān)督控制系統(tǒng)(Supervisory Computer ControlSCC)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類SCC+模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器SCC+DDC(3)監(jiān)督控制系統(tǒng))監(jiān)督控制系統(tǒng)(Supervisory Computer ControlSCC)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類 SCC+模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng) SCC+DDC系統(tǒng)系統(tǒng)工藝

8、數(shù)據(jù)設(shè)定值調(diào)節(jié)測量記錄顯示打印SCC計(jì)算機(jī)模擬調(diào)節(jié)器工業(yè)對象工藝數(shù)據(jù)設(shè)定值測量控制記錄顯示打印SCC計(jì)算機(jī)DDC工業(yè)對象(4)集散控制系統(tǒng))集散控制系統(tǒng)(Distributed Control SystemDCS)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類 管理計(jì)算機(jī)工業(yè)對象基本控制器CRT操作站監(jiān)督計(jì)算機(jī) 工業(yè)對象基本控制器 高速數(shù)據(jù)通道(4)集散控制系統(tǒng))集散控制系統(tǒng)(Distributed Control SystemDCS)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(5)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control SystemFCS)第

9、1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(6)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing SystemCIMS)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(7)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)( Network Control SystemNCS)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類 通過網(wǎng)絡(luò)形成的反饋控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該類通過網(wǎng)絡(luò)形成的反饋控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該類系統(tǒng)中,被控制對象與控制器以及控制器與驅(qū)動器之間是通系統(tǒng)中,被控制對象與控制器以及控制器與驅(qū)動器之間是通過一個(gè)公共的網(wǎng)

10、絡(luò)平臺連接的。這種網(wǎng)絡(luò)化的控制模式具有過一個(gè)公共的網(wǎng)絡(luò)平臺連接的。這種網(wǎng)絡(luò)化的控制模式具有信息資源能夠共享、連接線數(shù)大大減少、易于擴(kuò)展、易于維信息資源能夠共享、連接線數(shù)大大減少、易于擴(kuò)展、易于維護(hù)、高效率、高可靠性及靈活等優(yōu)點(diǎn),是未來控制系統(tǒng)的發(fā)護(hù)、高效率、高可靠性及靈活等優(yōu)點(diǎn),是未來控制系統(tǒng)的發(fā)展模式。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介的不同,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以是有線、展模式。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介的不同,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以是有線、無線或混合網(wǎng)絡(luò)。無線或混合網(wǎng)絡(luò)。第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類按照控制規(guī)律分類按照控制規(guī)律分類 順序和程序控制順序和程序控制

11、比例積分微分控制(比例積分微分控制(PID控制)控制) 最少拍控制最少拍控制 復(fù)雜規(guī)律的控制復(fù)雜規(guī)律的控制 智能控制智能控制課堂自學(xué)課堂自學(xué),見教材見教材 P8-9第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)l 模擬數(shù)字混合系統(tǒng)模擬數(shù)字混合系統(tǒng)l 控制規(guī)律由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn),靈活性、適應(yīng)性強(qiáng)控制規(guī)律由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn),靈活性、適應(yīng)性強(qiáng)l 能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律l 不是連續(xù)控制而是離散控制不是連續(xù)控制而是離散控制l 可采用分時(shí)控制的方式同時(shí)控制多個(gè)回路可采用分時(shí)控制的方式同時(shí)控制多個(gè)回路l 便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化,提高

12、自動化水平便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化,提高自動化水平課堂自學(xué)課堂自學(xué),見教材見教材 P9第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成1.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本原理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本原理 從本質(zhì)上講,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程可歸納為從本質(zhì)上講,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程可歸納為以下三步:以下三步:(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:對來自測量變送器的被控量的瞬時(shí)對來自測量變送器的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行采集和輸入;值進(jìn)行采集和輸入;(2)實(shí)時(shí)控制決策:)實(shí)時(shí)控制決策:對采集到的被控量進(jìn)行分析、比較對采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處

13、理,按預(yù)定的控制規(guī)律運(yùn)算,進(jìn)行控制決策;和處理,按預(yù)定的控制規(guī)律運(yùn)算,進(jìn)行控制決策;(3)實(shí)時(shí)輸出控制:)實(shí)時(shí)輸出控制:根據(jù)控制決策,實(shí)時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制決策,實(shí)時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號,完成系統(tǒng)控制任務(wù)或輸出其它有關(guān)信號,發(fā)出控制信號,完成系統(tǒng)控制任務(wù)或輸出其它有關(guān)信號,如報(bào)警信號等。如報(bào)警信號等。第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成工作原理:工作原理:工作方式:工作方式:(1)在線方式與離線方式)在線方式與離線方式(2)實(shí)時(shí)性)實(shí)時(shí)性第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩大部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成可

14、以分為硬件和軟件兩大部分 第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成1.5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 1計(jì)算機(jī)主機(jī)計(jì)算機(jī)主機(jī) 2過程通道過程通道 3操作控制臺操作控制臺 1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成計(jì)算機(jī)操作控制臺計(jì)算機(jī)操作控制臺 第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成1.5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 2 2應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 由用戶自行編制的控制和管

15、理程序。由用戶自行編制的控制和管理程序。 數(shù)據(jù)采集和處理程序數(shù)據(jù)采集和處理程序 過程控制程序過程控制程序 巡回檢測和報(bào)警程序巡回檢測和報(bào)警程序 人機(jī)接口程序人機(jī)接口程序 顯示打印程序顯示打印程序 其他公共子程序其他公共子程序 1.2.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理和組成1 1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 為提高計(jì)算機(jī)使用效率,擴(kuò)大功能,為用戶使為提高計(jì)算機(jī)使用效率,擴(kuò)大功能,為用戶使用、維護(hù)和管理計(jì)算機(jī)提供方便的程序的總稱。用、維護(hù)和管理計(jì)算機(jī)提供方便的程序的總稱。 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 語言加工系統(tǒng)語言加工系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

16、 通訊網(wǎng)絡(luò)軟件和診斷系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)軟件和診斷系統(tǒng)1.5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 (1) 1) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性(2 2)能控性與能觀性)能控性與能觀性(3 3)動態(tài)指標(biāo))動態(tài)指標(biāo)(4 4)穩(wěn)態(tài)指標(biāo))穩(wěn)態(tài)指標(biāo)(5 5)積分型指標(biāo))積分型指標(biāo)1. 3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及指標(biāo)1.3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 (1) 1) 放大系數(shù)對控制性能的影響放大系數(shù)對控制性能的影響(2 2)慣性時(shí)間常數(shù)對控

17、制性能的影響)慣性時(shí)間常數(shù)對控制性能的影響(3 3)純滯后時(shí)間對控制性能的影響)純滯后時(shí)間對控制性能的影響1. 3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及指標(biāo)1.3.2 控制對象對控制性能的影響控制對象對控制性能的影響與上篇過程與上篇過程控制部分控制部分內(nèi)容相同內(nèi)容相同1.5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 (1) 1) 高可靠性和可維護(hù)性好高可靠性和可維護(hù)性好(2 2)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng))環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)(3 3)控制的實(shí)時(shí)性好)控制的實(shí)時(shí)性好(4 4)完善的輸入輸出通道)完善的輸入輸出通道(5 5)豐富

18、的軟件)豐富的軟件(6 6)適當(dāng)?shù)挠?jì)算精度和運(yùn)算速度)適當(dāng)?shù)挠?jì)算精度和運(yùn)算速度1. 3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及指標(biāo)1.3.3 控制系統(tǒng)工業(yè)控制機(jī)特點(diǎn)控制系統(tǒng)工業(yè)控制機(jī)特點(diǎn)1.5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 1. 4 計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展與展望計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展與展望第1章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 1.4 計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展與展望1.4.1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論l20世紀(jì)世紀(jì)50年代初,計(jì)算機(jī)開始用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制年代初,計(jì)算機(jī)開始用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制l19651969年計(jì)算機(jī)控制進(jìn)入實(shí)用普及階段年計(jì)算機(jī)控制進(jìn)入實(shí)用普及階段l1970年以后,進(jìn)入大量推廣和分級控制階段年以后,進(jìn)入大量推廣和分級控制階段l1990年以后,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)

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