《油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)自動(dòng)化》第四章5節(jié) scada系統(tǒng)控制邏輯_第1頁(yè)
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第5節(jié)SCADA系統(tǒng)控制邏輯控制邏輯是指----通過(guò)SCADA控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)要求的全線啟輸停輸控制、站啟站??刂?、批輸下載、清管球發(fā)送與接收、泵切換、水擊聯(lián)鎖保護(hù)等控制。4/24/20231編輯ppt一、幾種常見(jiàn)控制方式1.順序控制通常指設(shè)備開(kāi)、停時(shí)執(zhí)行一組人為事先編排好的邏輯動(dòng)作,這類控制允許由操作人員決定是否投用。2.聯(lián)鎖保護(hù)控制3、簡(jiǎn)單PID單回路控制4.復(fù)雜回路控制。4/24/20232編輯ppt2.聯(lián)鎖保護(hù)控制信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖系統(tǒng)包括信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)信號(hào)報(bào)警起到自動(dòng)監(jiān)視的作用,當(dāng)工藝參數(shù)超限或運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí),以燈光或音響的形式發(fā)出警報(bào),提示操作員注意,并及時(shí)加以處理。聯(lián)鎖保護(hù)實(shí)際是一種自動(dòng)操作系統(tǒng),能使有關(guān)設(shè)備按照規(guī)定的條件或程序完成操作任務(wù),達(dá)到消除異常,防止事故的目的。聯(lián)鎖保護(hù)的最高級(jí)別是ESD保護(hù),ESD是EmergencyShutdownSystem的簡(jiǎn)稱,中文意思是緊急停車系統(tǒng),它用于監(jiān)視裝置或獨(dú)立單元的操作,如果生產(chǎn)過(guò)程超出安全操作范圍,可以使其進(jìn)入安全狀態(tài),確保裝置或獨(dú)立單元具有一定的安全度。4/24/20233編輯ppt2.聯(lián)鎖保護(hù)控制聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)有3部分組成:(1)發(fā)信元件包括工藝參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)接點(diǎn)、控制盤開(kāi)關(guān)、按鈕、選擇開(kāi)關(guān),以及操作指令等,它們起到參數(shù)檢測(cè)、發(fā)布指令的作用。這些元件的通斷狀態(tài)也是系統(tǒng)的輸入信號(hào)。如泵入口壓力開(kāi)關(guān)。(2)執(zhí)行元件(3)邏輯元件4/24/20234編輯ppt2.聯(lián)鎖保護(hù)控制(2)執(zhí)行元件

也叫輸出元件,如閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。(3)邏輯元件

又叫中間元件,它們根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算,并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)。邏輯元件以前多采用有觸點(diǎn)的繼電器、接觸器線路和無(wú)觸點(diǎn)的晶體管等,現(xiàn)在普遍采用PLC、DCS、和SCADA系統(tǒng)的控制器。4/24/20235編輯ppt3、簡(jiǎn)單PID單回路控制3.1了解幾個(gè)名詞被控對(duì)象-自動(dòng)控制系統(tǒng)中,工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備或機(jī)器等。被控變量-被控變量?jī)?nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。操縱變量-受控制器操縱的,用以克服干擾的影響,使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。擾動(dòng)量-除操縱變量外,作用于被控對(duì)象并引起被控變量變化的因素。設(shè)定值-被控變量的預(yù)定值。偏差-被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差4/24/20236編輯ppt3.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)-通常是指由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)元件及傳感器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)執(zhí)行器所構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng),也稱單回路控制系統(tǒng)。4/24/20237編輯ppt3.3調(diào)節(jié)器的正、反作用將調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)定義為測(cè)量值減去給定值,那么當(dāng)偏差增加時(shí),其輸出也增加的調(diào)節(jié)器稱為“正作用”調(diào)節(jié)器;反之,調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)隨偏差的增加而減少的稱為“反作用”調(diào)節(jié)器。(1)現(xiàn)場(chǎng)各種檢測(cè)儀表一般都認(rèn)為是正作用的;(不考慮其正反作用)

(2)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的正反特性由閥門定位器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性共同組成。4/24/20238編輯ppt3.4在PID調(diào)節(jié)中,比例作用是根據(jù)“偏差的大小”來(lái)動(dòng)作,它的輸出與輸入偏差的大小成比例。比例調(diào)節(jié)及時(shí)、有力,但有余差。它用比例度來(lái)表示其作用的強(qiáng)弱,比例度越小,調(diào)節(jié)作用越強(qiáng),比例作用太強(qiáng)時(shí),會(huì)引起振蕩。積分調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差是否存在”來(lái)動(dòng)作,它的輸出與偏差對(duì)時(shí)間的積分成比例,只有當(dāng)余差消失時(shí),積分作用才會(huì)停止,其作用是消除余差。用積分時(shí)間T來(lái)表示其作用的強(qiáng)弱,T愈小,積分作用愈強(qiáng),但積分作用太強(qiáng)時(shí),也會(huì)引起振蕩。微分調(diào)節(jié)根據(jù)“偏差變化速度”來(lái)動(dòng)作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例,其效果是阻止被控變量的一切變化,有超前調(diào)節(jié)的作用,它使調(diào)節(jié)過(guò)程偏差減少,時(shí)間縮短,余差也減小(但不能消除)。它用微分時(shí)間Td來(lái)表示其作用的強(qiáng)弱,Td大,作用強(qiáng),但Td太大,也會(huì)引起振蕩。4/24/20239編輯ppt3.5對(duì)于一個(gè)控制回路,通常由一個(gè)PID調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋控制,為了使控制調(diào)節(jié)的反應(yīng)速度和開(kāi)度變化更加快速合理,需要對(duì)PID調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)進(jìn)行整定,根據(jù)自控回路上的設(shè)備的綜合系統(tǒng)特性,調(diào)試出一個(gè)比較合理的P、I、D參數(shù)匹配值。在長(zhǎng)輸管道的單回路控制中,常常用來(lái)控制進(jìn)出站壓力、流量和下載流量,在自動(dòng)調(diào)節(jié)中一般只用到比例和積分控制。4/24/202310編輯ppt4.復(fù)雜回路控制4.1串級(jí)控制4/24/202311編輯ppt串級(jí)控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名得。它是由主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接工作的。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值,副調(diào)節(jié)器的輸出去操作調(diào)節(jié)閥,以實(shí)現(xiàn)對(duì)主變量的定值控制。4/24/202312編輯ppt4.2選擇控制4/24/202313編輯ppt選擇性控制又叫取代控制,在該系統(tǒng)中,一般有兩只或兩只以上調(diào)節(jié)器,它們的輸出通過(guò)一只選擇器后,送往執(zhí)行器。這兩只調(diào)節(jié)器,一只在正常情況下工作,另一只在非正常情況下工作。在生產(chǎn)處于正常情況時(shí),系統(tǒng)由用于正常工作下工作的調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制;一旦生產(chǎn)出現(xiàn)不正常情況,用于非正常情況下工作的調(diào)節(jié)器將自動(dòng)取代正常情況下工作的調(diào)節(jié)器,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行安全性控制,直到生產(chǎn)自行恢復(fù)到正常情況,正常情況下工作的調(diào)節(jié)器又將取代非正常情況下工作的調(diào)節(jié)器,恢復(fù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的正??刂?。長(zhǎng)輸管道通常的選型控制采用的是低選(超馳)控制。選擇性控制4/24/202314編輯ppt例如主管道出口壓力控制閥,對(duì)于入口壓力控制回路來(lái)說(shuō),只要入口壓力高于設(shè)定壓力,調(diào)節(jié)器的輸出就不斷開(kāi)大,直到100%,這時(shí)以低選器選擇出口壓力調(diào)節(jié)的輸出來(lái)控制出口閥,但是,一旦入口壓力低于入口的設(shè)定壓力,調(diào)節(jié)器的輸出不斷向下減小,當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出下行到小于泵出口壓力調(diào)節(jié)的輸出時(shí),低選器把控制權(quán)切換給入口壓力控制器,達(dá)到選擇控制的目的,流量低選回路的工作原理相同。低選控制的關(guān)鍵是設(shè)定值要合理,主輸出控制器打在自動(dòng)狀態(tài),要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制,還需把各參與低選的調(diào)節(jié)回路打到自動(dòng)狀態(tài)。。4/24/202315編輯ppt二、典型泵站的控制邏輯1.閥門的控制2.機(jī)泵的啟??刂?.收、發(fā)球控制4.下載控制5.站啟、??刂?.全線自動(dòng)啟、??刂?.聯(lián)鎖保護(hù)4/24/202316編輯ppt1.閥門的控制1.1開(kāi)關(guān)式閥門包括:球閥、閘閥、蝶閥等SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)連接信號(hào)包括:(1)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)來(lái)的DI信號(hào)包括:就地/遠(yuǎn)程信號(hào),全開(kāi)信號(hào)、全關(guān)信號(hào)、故障信號(hào)。(2)SCADA輸出到現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)包括:開(kāi)閥和關(guān)閥信號(hào)。部分閥門還有單獨(dú)一路ESD關(guān)閥信號(hào)。4/24/202317編輯ppt阿拉山口站為例開(kāi)關(guān)量閥的控制邏輯:閥處于遠(yuǎn)控/手動(dòng)狀態(tài),無(wú)故障,無(wú)報(bào)警,無(wú)停閥命令。在站控(中心)狀態(tài),閥門全開(kāi)未置位,站控開(kāi)閥命令置位,2秒后自動(dòng)復(fù)位。閥門開(kāi)DO正常輸出,閥門在開(kāi)狀態(tài)。XV1101,02,03,04,05,XV1111,XV1421,254/24/202318編輯ppt4/24/202319編輯ppt1.閥門的控制1.2模擬量閥門各類調(diào)節(jié)閥(1)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)來(lái)的信號(hào)包括:就地/遠(yuǎn)程信號(hào)、開(kāi)到位,關(guān)到位,故障信號(hào)、閥門開(kāi)度控制,閥位反饋AI信號(hào)。(2)SCADA輸出到現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)閥門輸出開(kāi)度AO信號(hào)。SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)連接信號(hào)4/24/202320編輯pptPICPT壓力控制器壓力變送器壓力調(diào)節(jié)閥上游來(lái)氣下游供氣典型的壓力控制系統(tǒng)框圖4/24/202321編輯ppt模擬量閥的控制邏輯:閥處于遠(yuǎn)控/手動(dòng)狀態(tài),無(wú)故障,無(wú)報(bào)警。在站控(中心)狀態(tài),寫入閥位設(shè)定值,使能開(kāi)(關(guān))置位后,AO正常輸出,2秒后使能開(kāi)(關(guān))復(fù)位,當(dāng)閥門到達(dá)設(shè)定的閥位后,閥停止動(dòng)作。無(wú)論是就地切換到遠(yuǎn)控還是遠(yuǎn)控切換到就地,閥都能停止動(dòng)作。XV1201,1202,03,04,XV13014/24/202322編輯ppt1.閥門的控制1.3PID調(diào)節(jié)閥門,SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)連接信號(hào)包括:(1)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)來(lái)的信號(hào)包括:就地/遠(yuǎn)程信號(hào)、故障信號(hào)、閥門開(kāi)度反饋AI信號(hào)、手/自、開(kāi)到位、關(guān)到位、SP設(shè)定值、使能命令。(2)SCADA輸出到現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)輸出開(kāi)度AO信號(hào):如出口壓力等。4/24/202323編輯pptPID調(diào)節(jié)閥的控制邏輯:閥處于遠(yuǎn)控/手動(dòng)狀態(tài),無(wú)故障,無(wú)報(bào)警。在站控狀態(tài)下調(diào)試,使閥處于遠(yuǎn)控、手動(dòng)狀態(tài),在站控上位機(jī)MMI上,輸入壓力設(shè)定值,點(diǎn)擊執(zhí)行后,閥開(kāi)始動(dòng)作,當(dāng)出站壓力等于設(shè)定值時(shí),閥停止動(dòng)作;在現(xiàn)場(chǎng)將閥門切換到就地狀態(tài)后切換回遠(yuǎn)控,閥不動(dòng)作,證明沒(méi)有擾動(dòng)。PV1103A,PV1103B,PV1105PV2301、TV23024/24/202324編輯ppt4/24/202325編輯ppt1.閥門的控制1.4在實(shí)施該控制邏輯中,需要注意的幾點(diǎn):(1)現(xiàn)場(chǎng)就地與遠(yuǎn)程信號(hào)切換時(shí),應(yīng)確保無(wú)擾動(dòng)切換,現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作后切回遠(yuǎn)程或遠(yuǎn)程動(dòng)作后切回就地,閥門都應(yīng)保位。(2)輸出DO信號(hào)應(yīng)為脈沖信號(hào)還是長(zhǎng)信號(hào)。根據(jù)邏輯要求,就需要與現(xiàn)場(chǎng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組態(tài)協(xié)調(diào)一致,相應(yīng)的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組態(tài)時(shí)考慮點(diǎn)動(dòng)或長(zhǎng)動(dòng)的組態(tài)方式。(3)現(xiàn)場(chǎng)反饋信號(hào)都失效時(shí),SCADA應(yīng)沒(méi)任何輸出信號(hào)動(dòng)作閥門,只報(bào)警提示。(4)閥門開(kāi)關(guān)超時(shí)或故障報(bào)警時(shí),SCADA應(yīng)沒(méi)任何輸出信號(hào)動(dòng)作閥門,只報(bào)警提示。4/24/202326編輯ppt2.機(jī)泵的啟停控制2.1SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)包括:(1)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)來(lái)的信號(hào):就地/遠(yuǎn)程信號(hào),運(yùn)行信號(hào)。(2)SCADA輸出到現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)包括:?jiǎn)⒈眯盘?hào)、停泵信號(hào)。泵的啟停邏輯:包含的點(diǎn)有就地/遠(yuǎn)控、啟狀態(tài)、停狀態(tài)、故障、啟動(dòng)命令、停止命令、ESD命令。4/24/202327編輯ppt機(jī)泵的啟??刂七壿嫲狞c(diǎn)有就地/遠(yuǎn)控、啟狀態(tài)、停狀態(tài)、故障、就地急停狀態(tài)、啟動(dòng)命令、停止命令。泵啟動(dòng)初始條件:泵入口閥門處于全開(kāi)或全關(guān)位,閥處于遠(yuǎn)控自動(dòng)狀態(tài),無(wú)故障,無(wú)報(bào)警,泵入口壓力值達(dá)到最低啟泵要求,泵處于遠(yuǎn)控狀態(tài),無(wú)故障,無(wú)保護(hù)報(bào)警、無(wú)連鎖報(bào)警、無(wú)ESD命令、4個(gè)罐前閥不在全關(guān)位。當(dāng)泵滿足初始條件時(shí),啟泵條件的信號(hào)置位。泵入口閥開(kāi)到位后,開(kāi)出口閥到10%后啟泵,泵運(yùn)轉(zhuǎn)后出口閥在10%位置停留3秒,然后繼續(xù)開(kāi)至全開(kāi)位,當(dāng)泵按照啟動(dòng)程序完成啟泵命令后,泵啟動(dòng)成功信號(hào)置位。停泵順序:出口閥關(guān)至10%,……4/24/202328編輯ppt2.機(jī)泵的啟停控制2.2基于工藝及設(shè)備本身的安全考慮,機(jī)泵的啟停需要考慮與之相關(guān)的壓力及泵進(jìn)出閥門的狀態(tài),在實(shí)施機(jī)泵控制邏輯中,需要注意的幾點(diǎn):(1)機(jī)泵啟動(dòng)前應(yīng)滿足的條件,如壓力是否滿足,進(jìn)口閥和出口閥是否已經(jīng)處于預(yù)先考慮好的位置,機(jī)泵本身涉及的機(jī)械密封、振動(dòng)條件、溫度等條件是否滿足。這個(gè)可考慮作為啟泵前的一個(gè)必要條件加入保護(hù)邏輯中。(2)啟泵/停泵信號(hào)是脈沖信號(hào)還是長(zhǎng)信號(hào),一般都是脈沖信號(hào),因?yàn)橥ǔCADA輸出先到繼電器的干觸點(diǎn),觸發(fā)繼電器閉合輸出信號(hào)到電氣柜來(lái)動(dòng)作機(jī)泵。(3)需要考慮機(jī)泵運(yùn)行或停止后與閥門動(dòng)作的聯(lián)系。啟泵時(shí),通常閥門開(kāi)始處于一個(gè)小開(kāi)度的位置,延時(shí)一定時(shí)間,待機(jī)泵運(yùn)行平穩(wěn)后,出口閥再慢慢打開(kāi)。停泵時(shí),通常先關(guān)小閥門再停泵,避免甩泵造成壓力及流量的大波動(dòng)。如果是緊急停泵,如聯(lián)鎖條件觸發(fā),那么可考慮另外停泵的方法。4/24/202329編輯ppt3.收、發(fā)球控制清管器控制包括清管器自動(dòng)接收操作和自動(dòng)發(fā)送操作。主要設(shè)備包括收發(fā)裝置,SCADA系統(tǒng)和各種檢測(cè)儀表組成,其操作控制由站控系統(tǒng)的清管器控制邏輯實(shí)現(xiàn);可由中心控制室的計(jì)算機(jī)發(fā)出邏輯指令實(shí)現(xiàn),也可站控人員發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)。需要注意的幾點(diǎn):1)站外指示器2)進(jìn)出站閥的開(kāi)度3)邏輯失效4/24/202330編輯ppt3.收、發(fā)球控制3.1收球控制現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)導(dǎo)通相關(guān)的流程,啟動(dòng)收球程序,待站外清管指示器檢測(cè)到球進(jìn)站時(shí),自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)筒閥門,進(jìn)筒閥全開(kāi)后,慢慢關(guān)小進(jìn)站閥到達(dá)設(shè)定的開(kāi)度。待收球筒上的指示器檢測(cè)到球進(jìn)筒后,自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)站閥,進(jìn)站閥全開(kāi)后,關(guān)閉進(jìn)筒閥。3.2發(fā)球控制現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)導(dǎo)通相關(guān)的流程,啟動(dòng)發(fā)球程序,自動(dòng)打開(kāi)出筒閥門,出筒閥全開(kāi)后,慢慢關(guān)小進(jìn)站閥到達(dá)設(shè)定的開(kāi)度。待出站管線上的指示器檢測(cè)到球出站后,自動(dòng)打開(kāi)出站閥,出站閥全開(kāi)后,關(guān)閉進(jìn)筒閥。4/24/202331編輯ppt4.下載控制(1)下載前的準(zhǔn)備:包括工藝要求的流程的導(dǎo)通,批輸數(shù)據(jù)的錄入,如下載油品種類、介質(zhì)特性、下載流量、下載總量等。(2)下載開(kāi)始:開(kāi)始的標(biāo)志,可以分為自動(dòng)方式和手動(dòng)方式,考慮人工觸發(fā)命令還是按照設(shè)定時(shí)間觸發(fā)命令,是否加入介質(zhì)特性判斷。(3)下載結(jié)束:如果設(shè)定總量,那么到達(dá)總量時(shí)自動(dòng)下載;如果下載過(guò)程中發(fā)現(xiàn)非本次下載的油品到達(dá),那么應(yīng)啟動(dòng)意外情況停止下載;下載控制邏輯是長(zhǎng)輸管道中非常重要的一環(huán),某一站的下載涉及到設(shè)備的動(dòng)作,流量及壓力的控制對(duì)全線的影響。通常來(lái)講,下載控制邏輯包括下載前的準(zhǔn)備、下載開(kāi)始和下載結(jié)束3部分。4/24/202332編輯ppt5.站啟、停控制站啟、停控制主要考慮幾臺(tái)泵的連續(xù)啟動(dòng)以及進(jìn)出站閥的動(dòng)作。程序應(yīng)分幾部分來(lái)考慮:(1)啟站前,進(jìn)站閥、出站閥的應(yīng)處于什么位置,泵的啟動(dòng)條件是否滿足,壓力條件的判斷;(2)啟站程序過(guò)程中,幾臺(tái)泵的啟動(dòng)順序以及中間等待時(shí)間;(3)啟站過(guò)程如果某一臺(tái)泵或閥無(wú)法動(dòng)作,應(yīng)允許人工介入控制;(4)站停程序需要考慮停的先后順序,是從后往前停還是從前往后停,以及泵之間發(fā)停命令的條件。4/24/202333編輯ppt6.全線自動(dòng)啟、??刂迫€自動(dòng)啟或??刂剖前凑找欢ǖ捻樞蜃詣?dòng)開(kāi)啟或停全線各站的泵及閥門,相當(dāng)于把各站的站啟串聯(lián)起來(lái),一般來(lái)說(shuō),全線自動(dòng)啟都是按照從前往后正輸方式啟。(1)從上一站啟動(dòng)到下一站啟動(dòng)條件的判斷,時(shí)間和壓力條件來(lái)判斷觸發(fā)。(2)考慮中間某一站無(wú)法啟動(dòng),應(yīng)確保人工干預(yù)不影響后面的站的執(zhí)行。(3)保證程序執(zhí)行過(guò)程中,人工干預(yù)自動(dòng)退出,但不影響前面已經(jīng)執(zhí)行的站。4/24/202334編輯ppt7.聯(lián)鎖保護(hù)7.1站場(chǎng)保護(hù)如發(fā)生火災(zāi)或可燃?xì)怏w報(bào)警時(shí),可執(zhí)行緊急停車保護(hù)。7.2油罐保護(hù)液位低報(bào)警,液位低低聯(lián)鎖關(guān)閥,防止油罐抽空;設(shè)立液位高報(bào)警,液位高高聯(lián)鎖關(guān)閥,防止冒罐。7.3機(jī)泵的保護(hù)對(duì)泵機(jī)組的工況進(jìn)行監(jiān)視和控制4/24/202335編輯ppt三、水擊及控制管線中的液流突然變速必然引起管中壓力的突然升高或降低,速度變化過(guò)程越快,則瞬時(shí)升降的壓力就越大,這種壓力瞬變現(xiàn)象稱為水擊。水擊現(xiàn)

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