上海申弘閥門有限公司
摘 要 本文以實(shí)現(xiàn)糧油工業(yè)榨油廠自動(dòng)控制為目的。在GE Fanuc自動(dòng)控制技術(shù)平臺(tái)上進(jìn)行了系列90-70 PLC及CIMPLICITY程序的開發(fā)，其創(chuàng)新在于PLC程序和上位機(jī)程序所用的中間變量有Excel表的宏程序自動(dòng)生成后，導(dǎo)入編程軟件Proficy Logic Developer – Machine Edition和組態(tài)軟件Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY中，這樣在節(jié)省了大量的建立變量的時(shí)間的同時(shí)也是得建立變量時(shí)的錯(cuò)誤率降低了很多。同時(shí)在PLC程序和上位機(jī)程序編制過程中運(yùn)用了面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，使同類設(shè)備程序開發(fā)過程方便很多，節(jié)省50%的開發(fā)時(shí)間，上位機(jī)程序開發(fā)過程中運(yùn)用了大量的腳本程序，同時(shí)也用到了“類”，比單純的組態(tài)功能更加強(qiáng)大方便，且方便用戶使用。
本文首先從榨油廠工藝開始，結(jié)合實(shí)際施工情況對(duì)其工藝過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析及描述，并在熟悉工藝圖的基礎(chǔ)上，完成了對(duì)所需設(shè)備的統(tǒng)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇了GE Fanuc自動(dòng)化解決方案。其重點(diǎn)是同類型的設(shè)備量很大，所以程序量也很大，如果按普通的編程方式，將會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間在變量的建立以及結(jié)構(gòu)相同的程序上。所以在這里我用帶有宏程序Excel表解決了快速變量建立的題，“類”的應(yīng)用解決了結(jié)構(gòu)相同的程序的問題。其難點(diǎn)是VB腳本的開發(fā)和帶有宏程序Excel表的開發(fā)。后本系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試成功，且長時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定，PLC程序和上位機(jī)程序可讀性、可維護(hù)性、可移植性也相應(yīng)的增強(qiáng)。
關(guān)鍵詞 PLC；調(diào)用子程序；類；上位機(jī)；組態(tài)； SCADA 閥門 上海申弘閥門有限公司
引言 益海集團(tuán)是由新加坡豐益集團(tuán)和世界500強(qiáng)企業(yè)——美國ADM公司控股, 旨在全力打造大型綜合糧油加工企業(yè),前期成功運(yùn)作了“福臨門和魯花”兩大食用油品牌，糧食加工 （ Food Processing）是指通過處理將原糧轉(zhuǎn)化成半成品糧、成品糧，或者將半成品糧轉(zhuǎn)化成成品糧的經(jīng)營活動(dòng)。立足于糧油工業(yè)，關(guān)注行業(yè)熱點(diǎn)，探求行業(yè)發(fā)展，注重實(shí)用技術(shù)，旨在傳播與交流糧食與油脂加工行業(yè)的企業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)企業(yè)改革；將原糧除去雜質(zhì),調(diào)節(jié)水分,脫殼、去皮或碾磨，后加工成符合不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的粒狀或粉狀成品糧的過程。成品糧如白米、米粉、小麥粉、玉米粉、玉米糝、高粱米、粟和各種淀粉等是谷物的胚乳部分，是制作食品的基礎(chǔ)原料。加工方法主要是干法，少數(shù)采用濕法。
糧食是人體所需熱量的主要來源。世界上主要糧食有稻谷、小麥、黑麥、高粱、玉米和粟。中國除黑麥外，這些糧食都有生產(chǎn)，產(chǎn)量較大的是稻谷、小麥、玉米和高粱。通常將稻谷、小麥以外的糧食稱為粗糧。①食品加工流程正在保證成品糧質(zhì)量和出率的前提下逐步縮短。②新設(shè)計(jì)的加工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡化，單機(jī)效率高，并正在發(fā)展組合設(shè)備。③普遍利用電子技術(shù)自動(dòng)控制生產(chǎn)流程和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)；開始采用在線儀器連續(xù)檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量。④正在進(jìn)行根據(jù)原料和產(chǎn)品質(zhì)量的變化自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的研究。⑤根據(jù)食品質(zhì)量的要求控制和改進(jìn)糧食加工產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而選配和處理原料。⑥研究原料的加工和制作食品的性能，為選擇原料和培育優(yōu)良品種提供依據(jù)的工作正在逐步開展。 目前益海集團(tuán)已在國內(nèi)直接控股工廠和貿(mào)易公司35家，并參股魯花等多家國內(nèi)糧油加工企業(yè)，工廠遍布河北、山東、江蘇、福建、廣東、廣西、四川、湖北、湖南、新疆、寧夏、黑龍江等地區(qū)，貿(mào)易公司及辦事處覆蓋除西藏和港、澳、臺(tái)地區(qū)外的全國各省。擁有“口福”、“豐苑”、“益海”及“莎妮雅”四*，蛋白和油脂兩大產(chǎn)品系列，包括小包裝等各類精煉食用油、大豆蛋白、起酥油、人造奶油、脂肪酸以及磷脂等60多個(gè)品種的產(chǎn)品，是國內(nèi)實(shí)力的油脂、油料加工企業(yè)集團(tuán)。其榨油技術(shù)是由美國ADM公司提供的，以前ADM公司旗下榨油廠的控制部分大都是由荷蘭imtech公司所設(shè)計(jì)，所以在這里我也借鑒了這些成功的案例，沿用了imtech開發(fā)的部分PLC程序和上位機(jī)程序。整個(gè)PLC程序和上位及程序的開發(fā)過程在以后幾章我們將會(huì)詳細(xì)的討論。我首先向大家介紹一下榨油工藝。在榨油系統(tǒng)，主要分為兩個(gè)車間：
一、預(yù)榨車間，榨油前對(duì)大豆的預(yù)處理；
二、浸出車間，用有機(jī)溶劑浸出大豆中的油脂成份。
工藝
預(yù)榨：
顧名思義就是榨油前對(duì)大豆的預(yù)先處理，在各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)大豆處理的程度對(duì)后續(xù)工序起著至關(guān)重要的意義，主要是對(duì)加熱溫度、濕度的控制以及對(duì)壓胚質(zhì)量的控制，在此過程中用到了大量的PID算法，以及其他對(duì)模擬量處理的算法，所以對(duì)PLC的浮點(diǎn)運(yùn)算能力要求很高。
用一個(gè)直觀的圖表來描述預(yù)榨車間的概況。
預(yù)榨工藝
浸出：
首先，由預(yù)榨車間過來的白豆片浸入出器，用浸出溶劑正乙二氨將大豆中的油脂浸出，由浸出器出來的物質(zhì)分成兩種形態(tài)，一種是液體，一種是固體。
其中液體是正乙二氨和油的混合物，這些混合物進(jìn)入蒸發(fā)塔進(jìn)行三次蒸發(fā)，這樣便把正乙二氨從油脂中分離出來了。
而固體則是混有正乙二氨的大豆蛋白，這些大豆蛋白經(jīng)過低溫脫融或是高溫脫融后便成了蛋白含量大約50%的食用蛋白。這則是根據(jù)客戶的要求來進(jìn)行處理，如果需要更高含量的蛋白，則需要到SPC（酒精浸出）車間進(jìn)一步加工。用一個(gè)直觀的圖表來描述浸出車間的概況。
浸出工藝
GE Fanuc的解決方案
由于在整個(gè)大豆加工過程中用到了大量的模擬量調(diào)節(jié)、浮點(diǎn)計(jì)算等。我們?cè)诒容^了Quantum， SLC， SIMATIC s7-400系列，GE Fanuc系列90-70 PLC后，綜合考慮到硬件性能及網(wǎng)絡(luò)和軟件方面的功能后，終選定系列90-70 PLC和Proficy Logic Developer-Machine Edition編程軟件、Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY組態(tài)軟件。我簡要講述以下選擇她的理由。
硬件方面：
(1) 結(jié)構(gòu)緊湊單槽的CPU模塊，在CPU模塊中有兩個(gè)主要的處理器。一個(gè)是in微處理器用于處理一些模擬量或特殊功能控制。另一個(gè)是布爾運(yùn)算協(xié)處理器用于執(zhí)行高速的開關(guān)量控制。（在我們的整個(gè)系統(tǒng)中用到了大量的PID調(diào)節(jié)）
(2) 系統(tǒng)機(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)的VME總線結(jié)構(gòu)?？砂惭b超過300家的第三廠VME標(biāo)準(zhǔn)模塊。（我們要與Mettler-toledo的大豆稱通訊）
(3) 系列90-70PLC I/O容量大為12288點(diǎn)，模擬量8192點(diǎn)。
(4) CPU內(nèi)存從512K子節(jié)到6M字節(jié)。
(5) 具有高密度（32點(diǎn)）的AC/DC輸入/輸出模塊。
(6) 簡易的模塊卡子，可防止促無安裝模塊。
(7) 具有標(biāo)準(zhǔn)的硬件方式。可響應(yīng)開關(guān)量或模擬量中斷輸入。可處理64個(gè)事故中斷和16個(gè)時(shí)間中斷。
(8) 和方便的系統(tǒng)和模塊自診功能，且極易故障排除。
(10)在CPU模塊內(nèi)部有電池支持內(nèi)部時(shí)鐘和日歷。
(11)具有Genius分布式I/O模塊子系統(tǒng)和Field Conrol系統(tǒng)配置。（處控制室外，在現(xiàn)場有按鈕柜方便的用到了Genius分布式I/O模塊子系統(tǒng)）
軟件方面：
（1）為了解決本系統(tǒng)中大量同類型的設(shè)備，程序量也很大的狀況，如果按普通的編程方式，將會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間在變量的建立以及結(jié)構(gòu)相同的程序上，用的Proficy Logic Developer-Machine Edition (簡稱ME)采用結(jié)構(gòu)化的編程方式，同時(shí)中間變量由Excel宏程序自動(dòng)生成后導(dǎo)入plc編程軟件中，這樣為我節(jié)省了大量的時(shí)間。
（2）Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY作為上位機(jī)程序的開發(fā)工具，其功能本人認(rèn)為西門子的WinCC相似，但是Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY有它更加強(qiáng)大的VB腳本系統(tǒng)，他為“類”的開發(fā)奠定了堅(jiān)固的基礎(chǔ)，它是靈活的可伸縮的，可以適合單位的人機(jī)界面到網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在產(chǎn)品的各層次上都具有互聯(lián)的功能，這是我們能夠獲得各個(gè)層次的集成而不需要在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行重復(fù)組態(tài)。Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY是由服務(wù)器和瀏覽站組成的基于客戶服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和分配，瀏覽站可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問以便觀察和控制。服務(wù)器和瀏覽站可以很容易得通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起*的共享數(shù)據(jù)甚至都不需要從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)復(fù)制你的點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，例如，數(shù)據(jù)點(diǎn)只需要組態(tài)一次而且只需要在服務(wù)器商進(jìn)行一次組態(tài)。屏幕畫面也只需在網(wǎng)路中的一個(gè)位置上進(jìn)行開發(fā)和儲(chǔ)存，而網(wǎng)絡(luò)上的其它的Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY顯示系統(tǒng)都可以對(duì)他訪問。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。用在糧油加工工藝當(dāng)中。
PLC硬件電路設(shè)計(jì)
通訊接口設(shè)計(jì)
GE Fanuc 90-70系列PLC提供了多種接口，本系統(tǒng)用到了四種通訊接口：
(1) 串行接口，用于PLC從計(jì)算機(jī)*次下載程序。
(2) 以太網(wǎng)接口，用于PLC和上位機(jī)之間通訊（為了提高通訊速度中間用光纜通訊），PLC和PLC之間通訊，PLC和計(jì)算機(jī)之間通訊，以及PLC和INTERNET之間通訊。
(3) Genius總線接口，用于PLC和遙控I/O和按鈕柜之間通訊。
(4) BUS總線，用于機(jī)架和機(jī)架之間通訊。
根據(jù)上述要求硬件連接圖如下：
件設(shè)計(jì)支持文檔的開發(fā)由于Proficy Logic Developer-Machine Edition和Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY都支持由csv文件導(dǎo)入的點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的名稱，所以這些文檔的開發(fā)便成了至關(guān)重要的一步。為了做出這個(gè)文件總共所需開發(fā)的文檔有7個(gè)Excel表：TEABLE(設(shè)備名),DI（數(shù)字入）,DO（數(shù)字輸出）,AI（模擬輸入）,AO（模擬輸出）,PB（按鈕）,LMP（按鈕燈）。后六個(gè)表都由*個(gè)TEABLI連接，然后通過自己開發(fā)的一個(gè)Excel宏程序把上述7個(gè)Excel文檔轉(zhuǎn)化成PLC可以讀取得scv文件，其所需內(nèi)部變量及與上位機(jī)通訊的中間變量都由宏程序自動(dòng)生成。
一、TEABLE
TEABLE Excel表主要包括PLC系統(tǒng)中所用的各種設(shè)備，包括以下幾類：各種電機(jī)、閥門、傳感器、開關(guān)，虛擬設(shè)備等，以及他們的量程、描述、控制方式等。在此表中的設(shè)備名即為對(duì)象的名稱。
二、DI、DO、AI、AO
此四個(gè)Excel表包括了所有設(shè)備所需的輸入輸出點(diǎn)的功能及其名稱，包括數(shù)字量和模擬量。
三、PB、LMP
PB、LMP包括了電機(jī)的啟動(dòng)及停止按鈕以及指示燈的點(diǎn)及名稱。
四、FILE-SPEC 逗號(hào)分隔符的Excel表是有是由以上各表轉(zhuǎn)換而來的用于Proficy Logic Developer-Machine Edition軟件中點(diǎn)的建立。
五、SCADA_POINTS 逗號(hào)分隔符的Excel表同樣也是有是由以上各表轉(zhuǎn)換而來的用于Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY軟件中點(diǎn)的建立。上位機(jī)程序開發(fā)
Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY軟件提供了兩種點(diǎn)的建立方法，一種是所需一個(gè)一個(gè)添加（這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力），另一種方法就是上文提到的通過CSV文件導(dǎo)入。
對(duì)象的建立
對(duì)象（Object）就是點(diǎn)的一個(gè)集合，例如一臺(tái)電機(jī)，一個(gè)閥門，一個(gè)傳感器都可以稱為為一個(gè)對(duì)象。下面詳細(xì)敘述一下對(duì)象的建立。
首先雙擊Object進(jìn)入對(duì)象建立的對(duì)話框
寫好對(duì)象的名稱，然后為他選擇正確的Class(電機(jī)、閥門、傳感器、開關(guān)等)，點(diǎn)擊OK進(jìn)入下一對(duì)話框
給此對(duì)象設(shè)置屬性，對(duì)象建立完成。
VBS編程
我們以快捷鍵來距離。所有的快捷控制則由腳本來完成，腳本用VB語言開發(fā)，例如下面以屏幕之間的跳轉(zhuǎn)為例來討論腳本在PE中的應(yīng)用（F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8,F9,F10代表10個(gè)不同控制界面的快捷鍵）。編輯腳本屏幕
PLC程序的開發(fā)點(diǎn)的建立
Proficy Logic Developer-Machine Edition軟件和PE同樣提供了兩種點(diǎn)的建立方法，一種是所需一個(gè)一個(gè)添加（這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力），另一種方法就是上文提到的通過CSV文件導(dǎo)入，同時(shí)也導(dǎo)入了“類”的名字。
子程序和調(diào)用程序塊的開發(fā)
PLC程序有一個(gè)主程序、多個(gè)子程序和多個(gè)程序調(diào)用塊組成。其中主程序調(diào)用子程序，子程序調(diào)用程序調(diào)用塊，而“類”則是由程序調(diào)用塊組成。下面我們對(duì)它進(jìn)行詳細(xì)的討論。
當(dāng)點(diǎn)導(dǎo)入后，PLC的每一個(gè)變量名便和其所需的地址一一對(duì)應(yīng)起來，這樣在以后的編程中只用其形象的變量名來代替變量的地址，同時(shí)也增加了程序的可讀性。程序開發(fā)的整體思路是子程序的調(diào)用和程序塊的調(diào)用，所以編輯每一個(gè)子程序調(diào)用塊是至關(guān)重要的，本系統(tǒng)包括了很多個(gè)程序調(diào)用塊和小的子程序。例如：普通電機(jī)、變頻電機(jī)、開關(guān)閥門、控制閥門、速度傳感器、模擬輸入傳感器報(bào)警、限位開關(guān)等等
下面我們以普通電機(jī)為例對(duì)其程序調(diào)用塊和子程序來進(jìn)行詳細(xì)討論。
根據(jù)工藝的要求，可描述普通電機(jī)功能如下：
(1)在連鎖OK的情況下，按鈕盤和上微機(jī)畫面都是綠燈閃爍，當(dāng)按下PB1按鈕時(shí)電機(jī)啟動(dòng)，PLC接收到這個(gè)啟動(dòng)信號(hào)后便給配電柜一個(gè)電機(jī)運(yùn) 行信號(hào)RNC，此時(shí)按鈕盤的綠燈又閃爍變成長亮，表示電機(jī)正在運(yùn)行。
(2)當(dāng)電機(jī)要停止運(yùn)行時(shí)，按下PB2按鈕電機(jī)停止，且恢復(fù)到連鎖OK情況下。
(3)當(dāng)電機(jī)沒有送電時(shí)，此事會(huì)有故障信號(hào)FL輸入，按鈕盤和上位機(jī)紅燈閃爍，表示電機(jī)故障。
(4)當(dāng)電機(jī)送電后，如果連鎖不滿足，此時(shí)按鈕盤會(huì)紅燈長亮，等待連鎖滿足后才能啟動(dòng)。
根據(jù)上述要求，可以確定普通電機(jī)所需如下各點(diǎn)：
(1) 連鎖OK，表示電機(jī)是否和其它設(shè)備的連鎖滿足
(2) 啟動(dòng)按鈕PB1
(3) 停止按鈕PB2
(4) 電機(jī)運(yùn)行輸入信號(hào)
(5) 電機(jī)故障輸入信號(hào)
(6) 時(shí)間繼電器
(7) 綠燈閃連鎖OK信號(hào)或是綠燈長亮點(diǎn)共性信號(hào)輸出
(8) 紅登閃故障信號(hào)或是紅燈長亮連鎖信號(hào)輸出
(9) 和其他一些和上位機(jī)通訊的中間點(diǎn)
根據(jù)以上功能要求，做出的普通電機(jī)子程序塊如下：
*小塊，運(yùn)行部分：
第二小塊，報(bào)警部分：
將此兩部分分別打包成塊如下，即為普通電機(jī)子程序塊。
在Proficy Logic Developer-Machine Edition軟件中同樣也內(nèi)置了一些常用的調(diào)用子程序塊，例如PID算法快等，這也同樣是編成簡單了很多。當(dāng)然，內(nèi)置的調(diào)用子程序塊也可以組合成“類”。
在完成了程序塊和調(diào)用子程序開發(fā)的基礎(chǔ)上，我們便可以開發(fā)出“類”類程序，使得編程變成了一種簡單的事情。
PLC“類”程序塊的開發(fā)
在完成了成序塊和調(diào)用子程序開發(fā)后，打開“類”工具箱，我們便可以將上面開發(fā)的任何一個(gè)程序塊和調(diào)用子程序組合成“類”。在添加完成“類”工具箱后，利用面向?qū)ο蟮木幊谭绞骄幊淘谶@里便成了一件簡單的事，我們所需要做的只是按順序，將不同名字的對(duì)象加到程序之中，然后添加相應(yīng)的連鎖程序即可。每個(gè)電機(jī)的連鎖都加到了其對(duì)象的前一行，以便增加程序的可讀性。
結(jié)論
本文在對(duì)ADM的榨油工藝進(jìn)行了簡單的介紹，再根據(jù)系統(tǒng)的要求，經(jīng)過詳細(xì)比對(duì)后選定GE Fanuc 90-70系列LPC ，并且后來的生產(chǎn)過程中充分的證明了我們選擇GE Fanuc 90-70系列LPC的明智之處，它不僅有個(gè)率的數(shù)字量處理功能，而且浮點(diǎn)運(yùn)算能力也相當(dāng)?shù)膹?qiáng)大，同時(shí)它還通過第三廠VME標(biāo)準(zhǔn)模塊與Mettler-toledo的大豆稱穩(wěn)定的通訊，突出的是具有Genius分布式I/O模塊子系統(tǒng)，方便的實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，大大減少了系統(tǒng)的布線量。之后我們又詳細(xì)要論了軟件的設(shè)計(jì)，首先是對(duì)GE Fanuc兩個(gè)強(qiáng)大的PLC編程軟件CIMPLICITY Machine Edition和組態(tài)軟件CIMPLICITY Plant Edition的介紹。在對(duì)此軟件有了一定的了解后，便開始了軟件的設(shè)計(jì)。在此部分重要的當(dāng)然是PLC和上位機(jī)中間變量有Excel表按要求自動(dòng)生成，然后導(dǎo)入編成軟件中。困難的是在此PLC編程開發(fā)過程中 “類”的應(yīng)用，這對(duì)提高我們的編程效率，使得大量的同類型的程序開發(fā)過程變得很簡單，而且可讀性、可擴(kuò)展性、可移植性都大大的提高，這是其它PLC編程軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件不可比擬的。在這個(gè)大型PLC控制系統(tǒng)中，GE 90-70 PLC 硬件以及強(qiáng)大的編程軟件Proficy Logic Developer-Machine Edition和組態(tài)軟件Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY 強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合，不僅簡化了程序開發(fā)過程，節(jié)省程序開發(fā)時(shí)間，而且程序維護(hù)，以及后續(xù)的軟硬件擴(kuò)建，都非常的方便。重要的是自從系統(tǒng)運(yùn)行幾年來從未因PLC故障護(hù)軟件故障而導(dǎo)致停車，說明本系統(tǒng)相當(dāng)穩(wěn)定。感謝GE Fanuc強(qiáng)大的支持！
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