新型CDMA環(huán)境自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )監控系統
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1.中國聯(lián)通新時(shí)空

CDMA具有許多獨特的優(yōu)點(diǎn),其中一部分是擴頻通信系統所固有的,另一部分則是由軟切換和功率控制等技術(shù)所帶來(lái)的。CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復用等幾種技術(shù)結合而成,含有頻域、時(shí)域和碼域三維信號處理的一種協(xié)作,因此它具有抗干擾性好,抗多徑衰落,保密安全性高,同頻率可在多個(gè)小區內重復使用,容量和質(zhì)量之間可做權衡取舍等屬性。這些屬性使 CDMA比其它系統有非常重要的優(yōu)勢。
a、系統容量大。理論上使用相同頻率資源的情況下,CDMA移動(dòng)網(wǎng)比模擬網(wǎng)容量大20倍,實(shí)際使用中比模擬網(wǎng)大10倍,比GSM要大4-5倍。
b、系統容量的配置靈活。在CDMA系統中,用戶(hù)數的增加相當于背景噪聲的增加,造成話(huà)音質(zhì)量的下降。但對用戶(hù)數并無(wú)限制,操作者可在容量和話(huà)音質(zhì)量之間折衷考慮。另外,多小區之間可根據話(huà)務(wù)量和干擾情況自動(dòng)均衡。
c、通話(huà)質(zhì)量更佳。CDMA系統的聲碼器可以動(dòng)態(tài)地調整數據傳輸速率,并根據適當的門(mén)限值選擇不同的電平級發(fā)射。同時(shí)門(mén)限值根據背景噪聲的改變而變,這樣即使在背景噪聲較大的情況下,也可以得到較好的通話(huà)質(zhì)量。另外,CDMA系統掉話(huà)的現象明顯減少,CDMA系統采用軟切換技術(shù),先連接再斷開(kāi),這樣完全克服了硬切換容易掉話(huà)的缺點(diǎn)。
d、頻率規劃簡(jiǎn)單。用戶(hù)按不同的序列碼區分,所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區內使用,網(wǎng)絡(luò )規劃靈活,擴展簡(jiǎn)單。
e、延長(cháng)手機電池壽命采用功率控制和可變速率聲碼器,手機電池使用壽命延長(cháng)。
f、建網(wǎng)成本低。CDMA網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍大,系統容量高,所需基站少,降低了建網(wǎng)成本。
由于CDMA網(wǎng)絡(luò )有以上諸多優(yōu)勢,所以在SCADA系統使用時(shí)有一下特點(diǎn):
1) 實(shí)時(shí)的透明傳輸,數據傳輸迅速準確;
2) 更合理地按流量計算費用,使運行費用更加低廉;
3) 網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍廣,布點(diǎn)方便,擴容簡(jiǎn)單;
4) 系統兼容性強,組網(wǎng)簡(jiǎn)單而迅速;
5) 安全性高,維護費用低廉。
2.SuperE RTU介紹

北京安控科技發(fā)展有限公司針對自來(lái)水企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn),開(kāi)發(fā)出了適合于不同場(chǎng)合應用的RTU產(chǎn)品。以SuperE為代表的通用一體化RTU系列產(chǎn)品,可廣泛地應用于城市企業(yè)自動(dòng)化SCADA系統中。
SuperE RTU特點(diǎn):
一體化設計,結構合理,可直接應用于工業(yè)現場(chǎng)。
1) 自帶電源,可直接用220VAC供電,也可使用24VDC供電。
2) 具有省電模式,可用太陽(yáng)能電池供電,并具備電池充電和后備功能。
3) 提供隔離的24V電源輸出,可用于現場(chǎng)儀表供電。
4) 自帶顯示和按鍵,用于現場(chǎng)操作。
5) 可直接壁掛式安裝,并采用多層接線(xiàn)端子,現場(chǎng)安裝和接線(xiàn)非常方便。
配置合理,具有很強的現場(chǎng)適應能力。
1) 具有AI、DI、AO、DO、PI等多種類(lèi)型的輸入、輸出信號。
2) 可檢測液位、壓力、流量、啟停狀態(tài)等不同類(lèi)型的信號。
3) 可滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)、報警、連續調節等不同類(lèi)型的控制要求。
強大的軟件功能,可以滿(mǎn)足各種靈活控制、復雜運算的要求。
1) 支持邏輯梯形圖語(yǔ)言、C語(yǔ)言編程及屏幕組態(tài)功能。
2) 支持實(shí)時(shí)多任務(wù)、PID算法和各種氣體流量算法。
3) 提供多種專(zhuān)用的檢測、控制軟件包。
具有RTU和PLC的雙重優(yōu)勢,應用靈活。
1) 無(wú)須編程,通過(guò)簡(jiǎn)單的屏幕組態(tài)和參數組態(tài)就可實(shí)現一般的檢測及控制。
2) 使用梯形圖語(yǔ)言、C語(yǔ)言和屏幕組態(tài)可進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
3) 可脫離系統獨立工作,也可聯(lián)網(wǎng)工作。
靈活的通訊方式,標準的通訊協(xié)議,可方便地組成SCADA系統。
1) 提供兩路對外串行接口。
2) 可配接多種通訊設備,實(shí)現有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)通訊。
3) 支持標準的MODBUS RTU/ASCII通訊協(xié)議,也可自定義通訊協(xié)議。
現場(chǎng)監控和遠程監控兼備,為系統操作、診斷、維護和升級提供了方便。
1) 通過(guò)現場(chǎng)顯示、按鍵或遠程計算機可對現場(chǎng)設備進(jìn)行監控。
2) 程序可現場(chǎng)下載或遠程下載。
3) 可實(shí)現現場(chǎng)或遠程診斷、維護、升級。
工業(yè)標準設計,能夠工作于各種惡劣環(huán)境。
1) 內部器件均選用優(yōu)秀的工業(yè)級產(chǎn)品。
2) 使用溫度可達-40℃~70℃,存儲溫度達-50℃~80℃。
3) 不需要特殊的加熱器或冷卻裝置。
充分的可靠性設計,嚴格的質(zhì)量檢驗,為用戶(hù)提供了可靠的保證。
1) 電源、信號入出口均有保護措施,并與主控電路隔離。
2) 具有看門(mén)狗及數據掉電保護功能。
3) 產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)、檢驗嚴格按照ISO9001質(zhì)量體系標準進(jìn)行。
3. CDMA DTU介紹

CDMA無(wú)線(xiàn)數據通信系統為用戶(hù)提供高速、永遠在線(xiàn)、透明數據傳輸的虛擬專(zhuān)用數據通信網(wǎng)絡(luò )。
CDMA DTU有如下特點(diǎn):
1) 透明數據傳輸 CDMA DTU直接提供RS-232/422/485接口,為用戶(hù)的數據設備提供透明傳輸通道。
2) 無(wú)需后臺計算機支持 普通CDMA Modem通常需要在PC機上進(jìn)行虛擬撥號上網(wǎng),利用PC機的資源進(jìn)行數據收發(fā)和協(xié)議轉換, CDMA DTU內置自動(dòng)網(wǎng)絡(luò )連接和協(xié)議處理模塊,無(wú)需后臺計算機支持。
3) 點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)、對等、實(shí)時(shí)數據傳輸 CDMA DTU可以實(shí)現點(diǎn)~點(diǎn)、點(diǎn)~多點(diǎn)、中心~多點(diǎn)的對等數據傳輸,傳輸時(shí)延一般小于1秒。
4) 永遠在線(xiàn) CDMA DTU一開(kāi)機就能自動(dòng) 登錄到CDMA網(wǎng)絡(luò )上,并與您的數據中心建立通信鏈路,隨時(shí)收發(fā)用戶(hù)數據設備的數據。
5) 按流量計費 CDMA DTU一直在線(xiàn),按照接收和發(fā)送數據包的數量來(lái)收取費用,沒(méi)有數據流量的傳遞時(shí),不收費用。
6) 高速傳輸 CDMA 1X網(wǎng)絡(luò )傳輸速度最快將達到300Kbps,速率的高低取決于運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )設置,根據中國聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò )情況,目前可提供80~100Kbps的穩定數據傳輸。
7) 組網(wǎng)簡(jiǎn)單、迅速、靈活 H7000無(wú)線(xiàn)數據通信系統可以不依賴(lài)于運營(yíng)商交換中心的數據接口設備,通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )隨時(shí)隨地的構建覆蓋全中國的虛擬無(wú)線(xiàn)數據通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )。
二. 基于CDMA環(huán)境的網(wǎng)絡(luò )控制系統
1. 系統組成

系統現場(chǎng)設備由SuperE RTU和DTU構成。RTU采集現場(chǎng)設備的狀態(tài)、控制信號,依據要求完成設備的監視和控制。RTU可以實(shí)現如下功能:
檢測功能
1) 壓力、液位、電壓、電流、熱電阻、熱電偶等信號檢測(模擬AI量檢測)。
2) 電機啟停、閥門(mén)開(kāi)關(guān)、位置開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信號檢測(數字DI量檢測)。
3) 液體、氣體流量的瞬時(shí)檢測(模擬AI量或脈沖PI量瞬時(shí)檢測)。
4) 液體、氣體流量的累積檢測(模擬AI量或脈沖PI量累積檢測)。
控制功能
1) 變頻器、PID調節、回路調節、氣動(dòng)閥調節等控制(模擬AO量輸出控制)。
2) 電動(dòng)閥位、電機啟停、定時(shí)開(kāi)關(guān)等控制(數字DO量輸出控制)。
3) 報警指示、報警電鈴、緊急關(guān)斷等控制(數字DO量輸出控制)。
遠程通訊功能
遠程監控、遠程操作、遠程診斷、遠程維護、遠程升級。
現場(chǎng)操作功能
1) 自帶顯示屏及按鍵,具有在線(xiàn)顯示對比度及背光調節功能。
2) 現場(chǎng)監控、現場(chǎng)操作、現場(chǎng)診斷、現場(chǎng)維護、現場(chǎng)升級。
參數組態(tài)功能
通過(guò)現場(chǎng)或遠程參數組態(tài),可實(shí)現不同的檢測、控制功能。
二次開(kāi)發(fā)功能
1) 使用計算機及相應軟件工具,用戶(hù)可自行開(kāi)發(fā),賦予其新的功能。
2) 梯形圖編程、C語(yǔ)言編程、屏幕顯示組態(tài)、參數組態(tài)。
數據保護功能
程序、參數、歷史數據掉電保護,保持時(shí)間達十年以上。
自檢功能
1) 通過(guò)自檢功能,可檢查其硬件故障。
DTU完成RTU到數據服務(wù)中心的通訊。CDMA 1X理論帶寬可達300Kb/s,目前的實(shí)際應用帶寬大約在100Kb/s左右(雙向對稱(chēng)傳輸),在此信道上提供TCP/IP連接,可以用于INTERNET連接、數據傳輸等應用。
數據中心的數據接入采用計算機網(wǎng)絡(luò )接入,網(wǎng)絡(luò )的接入服務(wù)器有固定IP,經(jīng)端口映射至數據中心服務(wù)器,參見(jiàn)下圖:

2.SCADA系統機構
多層結構
對各系統需要實(shí)現的功能進(jìn)行層次劃分,然后按層實(shí)現各項功能;系統具體分層體系結構為:用戶(hù)服務(wù)層,數據管理層,數據采集層;
用戶(hù)服務(wù)層,向用戶(hù)提供可視界面,用戶(hù)通過(guò)瀏覽器向數據管理層發(fā)出服務(wù)請求,獲得信息服務(wù)。
數據管理層,接受用戶(hù)服務(wù)層的請求,向用戶(hù)服務(wù)層返回結果;向數據采集層發(fā)出請求,接受返回結果,并進(jìn)行加工、處理和維護。
數據采集層,與各裝置的控制系統互聯(lián),進(jìn)行數據采集;向數據管理層發(fā)送數據。
基于此多層體系結構,開(kāi)發(fā)出一種符合需求的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)信息集成系統---這是基于B/S/C(Browse/Sever/Collection)模型的Web發(fā)布應用體系結構。很好解決了與企業(yè)Intranet的有效集成。
分布控制
系統對各具體設備的控制實(shí)行分布式控制系統,具體的數據采集和控制實(shí)現由分布在各設備的遠程控制單元RTU完成;遠程控制單元RTU完成設備工藝要求的邏輯控制,和系統需求的數據采集,并接收控制中心的控制命令和向數據采集系統傳送其采集到的實(shí)時(shí)數據。
集中調度
系統將將建立監控調度中心,實(shí)現整個(gè)系統的集中監控調度;監控調度中心包括對天然氣中心自動(dòng)控制系統出現的警告進(jìn)行記錄和報警;整個(gè)控制系統對運行數據進(jìn)行采集和存儲;實(shí)現其他對系統數據的訪(fǎng)問(wèn)和對其他系統控制請求進(jìn)行處理。
統一管理
統一管理是對整個(gè)系統的管理軟件以及管理模式實(shí)行集中統一的管理協(xié)調,以利于整個(gè)系統協(xié)調高效的運行,和對系統集中監控調度進(jìn)行有力的支持;
3 . CDMA網(wǎng)絡(luò )通訊上的優(yōu)勢
傳統通訊方式一般采用串口通訊方式,通訊方式一般采用RS232、RS485、租用專(zhuān)線(xiàn)、電話(huà)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)電臺、衛星等,該方式一般采用輪詢(xún)方式或者主發(fā)協(xié)議,利用串口方式利用串口資源進(jìn)行通訊,這樣系統工作效率非常低下,同時(shí)由于串口的速率很低,所以串口的瓶頸在于大數據量的數據采集與傳輸。
而CDMA網(wǎng)絡(luò )通訊系統是利用以太網(wǎng)及Internet方式進(jìn)行通訊,而以太網(wǎng)方式為點(diǎn)對點(diǎn)或多點(diǎn)。TCP/IP協(xié)議的基本傳輸單位是數據包(datagram),TCP協(xié)議負責把數據分成若干個(gè)數據包,并給每個(gè)數據包加上包頭(就像給一封信加上信封),包頭上有相應的編號,以保證在數據接收端能將數據還原為原來(lái)的格式,IP協(xié)議在每個(gè)包頭上再加上接收端主機地址,這樣數據找到自己要去的地方(就像信封上要寫(xiě)明地址一樣),如果傳輸過(guò)程中出現數據丟失、數據失真等情況,TCP協(xié)議會(huì )自動(dòng)要求數據重新傳輸,并重新組包??傊?,IP協(xié)議保證數據的傳輸,TCP協(xié)議保證數據傳輸的質(zhì)量。此種可以大大提高通訊方式的效率,這樣在系統子站多的情況之下,系統通訊效率成十倍數的提高。
三. 多行業(yè)推廣應用
此控制系統適合于在有很大的應用范圍,幾乎所有低中高速率的數據傳輸業(yè)務(wù)都可以應用,如城市配電網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)化、自來(lái)水、煤氣管道自動(dòng)化、商業(yè)POS機、INTERNET接入、個(gè)人信息、股票信息、金融、交通、公安等 ,此外還可以傳輸動(dòng)態(tài)視頻圖像。
1.城市集中供熱、換熱系統
本系統應用于城市集中供熱,主要解決市區集中供熱鍋爐、城市供熱交換站及熱網(wǎng)運行狀態(tài)監測,及時(shí)有效地獲取城市供熱、輸熱、管網(wǎng)末端運行數據,為供熱管網(wǎng)的質(zhì)調和量調提供科學(xué)的依據。該系統由城市供熱監控 RTU、CDMA無(wú)線(xiàn)DTU、管網(wǎng)控制中心三部分組成。用戶(hù)供熱監控 RTU分別采集用戶(hù)端的溫度、壓力、流量、熱量等現場(chǎng)熱工參數并經(jīng)過(guò)CPU處理后,完成對供熱交換站的控制,并通過(guò) CDMA DTU實(shí)時(shí)發(fā)送到CDMA網(wǎng)絡(luò ),該數據經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )傳遞到Internet,再通過(guò)ADSL傳送到用戶(hù)的管網(wǎng)控制中心。中心軟件運行在WINDOWS 2000/NT操作平臺上,采用過(guò)程控制軟件設計開(kāi)發(fā)而成,系統通信可靠,穩定性好,并且降低了成本。界面采用我們熟悉的Windows風(fēng)格界面,窗口菜單的形式。界面友好,操作簡(jiǎn)單方便,可實(shí)現強大的通訊功能、計算功能、查詢(xún)功能、打印功能,真正實(shí)現了高效率和辦公自動(dòng)化。系統強大的網(wǎng)絡(luò )功能使多點(diǎn)連接、實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化管理變得簡(jiǎn)單易行。
2.城市管網(wǎng)數據遠程監測系統
隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展,各種管網(wǎng)(熱、水、電、油、煤氣等)越來(lái)越多,管網(wǎng)測點(diǎn)數據的采集和及時(shí)傳輸是管網(wǎng)穩定、可靠運行的保證,要求計算機管網(wǎng)監測系統必須能夠在較低費用的前提下提供及時(shí)、準確的信息。然而,在使用的過(guò)程中,傳統有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)的管網(wǎng)監測系統的不足之處逐漸凸現出來(lái)。采用電話(huà)線(xiàn)傳輸數據,不能保證實(shí)時(shí)性;采用無(wú)線(xiàn)電臺,解決誤碼率和波特率的矛盾尤其抗干擾是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題;采用專(zhuān)線(xiàn)電路,不可能對所有大面積分散的數據采集子站進(jìn)行專(zhuān)線(xiàn)鋪設,更不能承擔高昂的運行費用。
針對這些問(wèn)題,開(kāi)發(fā)人員,在多年的網(wǎng)絡(luò )測控經(jīng)驗的基礎上,采用目前世界上最先進(jìn)的數據通信技術(shù)開(kāi)發(fā)管網(wǎng)數據遠程監測系統,管網(wǎng)數據遠程監測系統采用先進(jìn)成熟的CDMA DTU模塊為遠程數傳模塊,依托穩定、可靠的CDMA網(wǎng)絡(luò ),系統運行可靠,數據采集實(shí)時(shí)性強。該系統有效的解決了其他通信方式存在的各種問(wèn)題。在保證數據傳輸的及時(shí)、準確的前提下,將系統運行費用也降低到了最低;同時(shí),通信鏈路由專(zhuān)業(yè)的運營(yíng)商來(lái)維護,避免了用戶(hù)在使用監測系統的同時(shí),還需要耗費很大精力去維護通信線(xiàn)路等問(wèn)題;節約了用戶(hù)的初期建設投資和運行維護費用。
3. 路燈無(wú)線(xiàn)監控系統
“路燈無(wú)線(xiàn)監控系統”,是針對我國城市路燈系統的管理現狀,運用最新的測控技術(shù)結合CDMA公用通信網(wǎng)技術(shù),實(shí)現對城市和園區路燈系統進(jìn)行遠程的遙控、遙測、遙信和遙視,進(jìn)而使城市和園區的路燈系統維護管理現代化、科學(xué)化。
“路燈無(wú)線(xiàn)監控系統”工程設一個(gè)監控中心,若干個(gè)分控點(diǎn)監控終端,實(shí)現監控系統覆蓋全區,建成國內技術(shù)先進(jìn)、功能符合要求、運行可靠的路燈監控系統。監控中心通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò )向全區各路燈分控點(diǎn)監控終端發(fā)送測控指令。各路燈分控點(diǎn)監控終端根據測控指令,執行相應的路燈參數檢測或開(kāi)關(guān)動(dòng)作,并將檢測參數或指令執行結果向監控中心報告。在監控中心實(shí)現對各分控點(diǎn)自動(dòng)、手動(dòng)的遙控、遙測和遙信功能及對主要路口、廣場(chǎng)的遙視功能,實(shí)時(shí)監控分控點(diǎn)狀態(tài)和運行參數,接收故障報警信息,通過(guò)終端智能RTU下達測控命令,并具有分級報警功能、操作權限控制功能、統計報表打印功能和遠程報警功能。
4.城市天然氣監控系統
城市天然氣系統作為城市天然氣供給、使用、計量的系統。系統包括城市天然氣高壓入口門(mén)站、城市供氣管網(wǎng)。
SCADA系統主要是實(shí)現對城市天然氣高壓入口門(mén)站、城市供氣管網(wǎng)和供氣管網(wǎng)上的天然氣調壓箱等現場(chǎng)設備進(jìn)行數據采集、工況監控。天然氣SCADA系統分為三層結構網(wǎng)絡(luò )。第一層是控制中心,第二層是天然氣RTU門(mén)站站控系統,第三層是工業(yè)專(zhuān)用調壓箱RTU 。系統通訊網(wǎng)絡(luò )采用CDMA網(wǎng)絡(luò )環(huán)境實(shí)行對整個(gè)城市的天然氣供給實(shí)施高效、及時(shí)的監控。
5.水文水利監測系統
水情測報系統系統特點(diǎn)比較分散、控制相對簡(jiǎn)單,由水文信息采集站、通信系統、信息接收處理軟件及輔助系統組成。水文信息采集站可分為水位站、雨量站,由相應傳感器及安裝工程組成,實(shí)時(shí)并準確地采集相關(guān)水位、雨量數據。通訊系統根據水文信息采集站與調度控制中心距離的遠近選用無(wú)限或有線(xiàn)通訊方式。信息接收處理軟件運行于調度控制中心內,控制接收實(shí)時(shí)水文數據,并對數據進(jìn)行檢查、整理、計算、顯示并存儲于數據庫內,供控制中心或更高一級防洪調度輔助決策系統使用。
系統具有特點(diǎn): (1)系統安全性可靠性高(2)系統及時(shí)準確分析數據(3)帶液晶顯示,方便就地操作(4)多種通訊方式,通訊穩定(5)現場(chǎng)故障信息,易維護(6)系統具有太陽(yáng)能供電、后備電池充電功能。
6.城市工業(yè)廢水監測系統構成
我國很多工業(yè)城市的廢水排放量較大,已造成城市地表水的嚴重污染。各城市的環(huán)境監測中心站肩負著(zhù)對城市地表環(huán)境水質(zhì)及污染源排放廢水的監測工作,很多城市相繼形成了以市站為網(wǎng)頭,與區站、行業(yè)站構成一體的廢水監測網(wǎng)。但目前各城市對污染源和城市排污河渠的水質(zhì)監測仍停留在手工監測階段,時(shí)間覆蓋率低,樣品缺乏科學(xué)性和代表性,難以反映企業(yè)及城市污水排放連續變化的情況。建立廢水在線(xiàn)監測系統,提高水質(zhì)監測能力,勢在必行。
系統建成一個(gè)由污水排放監測子站、監測中心站和管理中心(城市環(huán)保局)組成的城市廢水監測網(wǎng)絡(luò )系統。該系統可實(shí)現對企業(yè)廢水和城市污水的自動(dòng)采樣、流量的在線(xiàn)監測和主要污染因子的在線(xiàn)監測;實(shí)時(shí)掌握企業(yè)及城市污水排放情況及污染物排放總量,實(shí)現監測數據自動(dòng)傳輸;由監測中心站的計算機控制中心進(jìn)行數據匯總、整理和綜合分析;監測信息傳至城市環(huán)保局,由城市環(huán)保局對企業(yè)進(jìn)行監督管理。
四.總結
CDMA通訊方式的出現可以說(shuō)是SCADA監控系統通訊方式上的一種創(chuàng )新與革命,其克服了傳統無(wú)線(xiàn)電臺速度低、受地形限制、受天氣影響嚴重等缺陷,隨著(zhù)用戶(hù)了解的不斷深入,該系統值得在應用上大范圍推廣。
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