淺談機(jī)場能源管理系統(tǒng)改造項目設(shè)計思路

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】針對國內(nèi)機(jī)場用能設(shè)備類型多、分布區(qū)域廣、采集設(shè)備數(shù)量大的特點，從改造的角度分析了能源管理系統(tǒng)設(shè)計思路及系統(tǒng)選擇，為機(jī)場能源管理系統(tǒng)改造項目提供了一定的參考。

【關(guān)鍵詞】能源管理；能源消耗量；能流梳理；數(shù)據(jù)采集

0引言

國內(nèi)機(jī)場能源管理系統(tǒng)改造項目是在原有手動計量、自動遠(yuǎn)程抄表或傳統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級，以達(dá)到更節(jié)能、更高效、更便捷的目的。很多機(jī)場在探索節(jié)能改造的途徑，但多數(shù)機(jī)場改造難度較大，存在能流梳理困難、多期系統(tǒng)接口不統(tǒng)一等問題，難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本文基于某機(jī)場能源管理系統(tǒng)改造項目，選用了人工智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺，重點針對現(xiàn)場能流梳理的方法和思路進(jìn)行闡述，解決了大多機(jī)場能源管理系統(tǒng)改造項目中難以突破的現(xiàn)實困難，提供了一種機(jī)場能源管理系統(tǒng)改造方案。

１機(jī)場能源管理系統(tǒng)現(xiàn)狀及需求分析

機(jī)場一般設(shè)有飛行區(qū)、航站區(qū)、辦公生活區(qū)、塔臺、通訊導(dǎo)航站、氣象觀測站、供油站、機(jī)務(wù)維修區(qū)、消防應(yīng)急、貨運站等區(qū)域設(shè)施，具有面積大、分布廣、負(fù)荷密集、供電容量大等特點。與之對應(yīng)的機(jī)場能源管理現(xiàn)狀是目前大多還處于分散化、人工記錄或簡單的遠(yuǎn)程抄表、經(jīng)驗管理的落后水平，對于能源消耗沒有一個清晰、高效、透明的系統(tǒng)支撐，無法便捷、快速地掌握機(jī)場的用能狀況，無法集中、自動和實時監(jiān)控各類用能設(shè)備的運行狀態(tài)和用能負(fù)荷的變化情況。

機(jī)場能源管理系統(tǒng)對于系統(tǒng)的安全性和可靠性要求很高，航空級的設(shè)施水平和服務(wù)水平也決定了機(jī)場對管理水平的高度要求。

對于機(jī)場能源管理改造項目，實施過程中會面臨以下新的挑戰(zhàn)：

（1）機(jī)場面積大，并且對于無線等通訊方式有嚴(yán)格管制，通訊組網(wǎng)難度遠(yuǎn)大于一般園區(qū)以及其他單體建筑。

（2）在多種因素作用下只能在夜間停航期施工不停航施工不允許長時間停水、停電、更換設(shè)備。

（3）項目包含１０ｋＶ高低壓配電系統(tǒng)，項目實施過程中需要具備豐富的專業(yè)電力項目實施經(jīng)驗與供配

電系統(tǒng)對接，以降低項目實施風(fēng)險。

（4）能效管理功能需根據(jù)需求不斷完善，系統(tǒng)需定制化功能。

（5）新老系統(tǒng)對接，充分利用原有系統(tǒng)，降低項目實施成本。

（6）系統(tǒng)不同于簡單抄表系統(tǒng)，軟件功能要求更為多樣，不僅實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，同時具備能耗分析、區(qū)域管理、設(shè)備臺賬管理等功能。面對目前機(jī)場能源管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)，對已投入使用的改造升級項目，要根據(jù)項目的具體需求制定詳細(xì)的實施方案，進(jìn)行系統(tǒng)能流的梳理以及傳感器和智能采集儀表等底層設(shè)備的更換或加裝。根據(jù)現(xiàn)場路由及空間結(jié)構(gòu)綜合考慮采用有線或無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，選用人工智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)系統(tǒng)平臺，并可根據(jù)管理需求部署在管理中心。

2建設(shè)思路和規(guī)劃原則

機(jī)場能源管理系統(tǒng)改造需遵循一體化設(shè)計思路，從系統(tǒng)能流梳理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、系統(tǒng)

管理、技術(shù)支持及維修能力等方面綜合評估、選型，確保系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，達(dá)到*優(yōu)效果。

根據(jù)系統(tǒng)能流梳理情況結(jié)合機(jī)場的整體規(guī)劃設(shè)計，建立一套能源管理平臺，提供標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的接口，具有良好的開放性、兼容性，同時擁有多元化的數(shù)據(jù)，可與電力監(jiān)控系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)對接和數(shù)據(jù)共享，并采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫，便于數(shù)據(jù)上傳，建立整體能耗分析管理機(jī)制和績效考評制度。

從方案設(shè)計、實施到運維，幫助能源管理部門實時獲取機(jī)場整體能源運行的現(xiàn)狀及趨勢，分析日常各類能耗，建立＂能流梳理——能耗數(shù)據(jù)采集——數(shù)據(jù)挖掘分析——現(xiàn)場檢驗診斷——節(jié)能規(guī)劃設(shè)計——節(jié)能改造實施——節(jié)能效果評估——節(jié)能持續(xù)優(yōu)化——節(jié)能運營監(jiān)控"九部分統(tǒng)一融合的能源監(jiān)管流程，體現(xiàn)機(jī)場節(jié)能一體化服務(wù)的優(yōu)勢，*終成為一個高效運行管控系統(tǒng)。

建立機(jī)場多能源在線監(jiān)測系統(tǒng)，可針對機(jī)場各類能耗進(jìn)行遠(yuǎn)程采集和實時監(jiān)控以及主要設(shè)備的狀態(tài)采集和故障告警；可從已有的第三方系統(tǒng)獲取相關(guān)運行數(shù)據(jù)，輔助了解設(shè)備現(xiàn)狀，及時反映設(shè)備運行問題，并采取針對性的措施；對能耗進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立能耗審計、能效測評以及公示系統(tǒng)，進(jìn)一步完善資源目標(biāo)管理體制和運行機(jī)制，完善能源使用數(shù)據(jù)庫，探索能源目標(biāo)管理辦法；可實現(xiàn)遙控遙測，并在內(nèi)部公布各單位的用能情況；預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接□，便于系統(tǒng)擴(kuò)展和數(shù)據(jù)交換。

通過平臺獲取相應(yīng)的能耗數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，以此為基礎(chǔ)采取節(jié)水、節(jié)熱、節(jié)電以及其他節(jié)能措施，逐步將機(jī)場的節(jié)能工作落實，采取具有針對性的節(jié)能措施，實現(xiàn)能耗的合理、節(jié)約使用。

3建設(shè)目標(biāo)

通過對機(jī)場行業(yè)能源管理系統(tǒng)的深入了解，結(jié)合多年機(jī)場項目經(jīng)驗，使系統(tǒng)契合機(jī)場動力能源保障部門需求，配置的綜合能源管理系統(tǒng)不僅包括能耗監(jiān)測，還包括電能量管理模塊（供電科遠(yuǎn)程監(jiān)控）、能耗監(jiān)測模塊（計量科遠(yuǎn)程實時能源管理）、用能計費模塊（收費科室對于末端用戶計量繳費管理）以及樓宇自控模塊，是一個大型綜合性能源管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)通過安裝能耗測量裝置，利用現(xiàn)代測控技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與通訊技術(shù)，基于完善的能耗監(jiān)測管理手段，采用分散控制器和交流采樣技術(shù)，憑借大流量高可靠性通訊網(wǎng)絡(luò)，為機(jī)場的能耗設(shè)備管理提供全面專業(yè)的解決方案，實現(xiàn)對用戶能耗設(shè)施、能耗細(xì)節(jié)和能耗過程的掌控。達(dá)到以下目標(biāo)：

（1）全面掌握各類能耗的數(shù)據(jù)以及基本信息。

（2）提供各項能源消耗量數(shù)據(jù)分析。

（3）設(shè)備安全運行管理。

（4）統(tǒng)一機(jī)場能源管理平臺。

4能流梳理思路

基于對能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理要求，需要對已經(jīng)建設(shè)并投入使用的與用能相關(guān)聯(lián)的能流或智能儀表進(jìn)行梳理，梳理工作以電能為例共分兩個部分：機(jī)場內(nèi)的電力監(jiān)控部分和機(jī)場內(nèi)的遠(yuǎn)程抄表部分，每個部分的梳理工作包含以下九部分工作內(nèi)容：

4.1屬性定義

通過屬性定義，對機(jī)場用能的地理邊界、組織邊界、分類分項能耗以及系統(tǒng)歸屬等信息進(jìn)行歸納，同時為保證系統(tǒng)高效工作，保證能耗數(shù)據(jù)可進(jìn)行計算機(jī)或人工識別和處理，保證數(shù)據(jù)得到有效的管理和支持高效查詢服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)組織、存儲及交換的一致性。

4.2地理邊界梳理與確認(rèn)

滿足對不同地理邊界的用能統(tǒng)計與分析。

4.3組織邊界梳理與確認(rèn)

滿足對不同用能單位的用能統(tǒng)計與分析。

4.4電源來源梳理與確認(rèn)

明確能源來源，實現(xiàn)電力／水量／氣量統(tǒng)計、用能分析和契約管理。

4.5電壓等級梳理

明確用能表計所處的電壓等級，對電力系統(tǒng)進(jìn)行歸類分析。

4.6節(jié)點位置梳理

用于計算和統(tǒng)計電力／水／氣的傳輸損耗量。

4.7區(qū)域歸屬梳理

對集中數(shù)據(jù)采集的表計進(jìn)行歸類，進(jìn)行可歸類傳輸?shù)膮^(qū)域數(shù)量統(tǒng)計。

4.8分類分項梳理

滿足機(jī)場對能耗分類計量和分項計量的要求。

4.9能流梳理

構(gòu)建表具屬性中的上下級邏輯關(guān)系，建立時間同步方法和鑒別數(shù)據(jù)有效與有序，同時滿足進(jìn)行能流的統(tǒng)計、分析與預(yù)警功能建立的需要。

某機(jī)場能流梳理的部分實際樣例表格參見地理邊界表（表１）、組織邊界表（表２）和分項能耗表（表３）。

5系統(tǒng)選擇

采用集中管理、分散布置的模式，分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由中央監(jiān)控室主站系統(tǒng)、各大分區(qū)操作分站、主干通訊網(wǎng)絡(luò)與測控層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、分布式通訊子站以及底層能耗與能效監(jiān)測設(shè)備等部分組成。

系統(tǒng)中各應(yīng)用模塊的功能相互之間相對獨立，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。根據(jù)項目需求和平臺化的基本原則，各組件之間通過統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺接口進(jìn)行信息交互，同在一個網(wǎng)絡(luò)下的設(shè)備也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)的局部改動將不會影響整體。

5.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明

機(jī)場能源管理系統(tǒng)由中心信息層、傳輸層、現(xiàn)場設(shè)備層組成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖如圖１所示。

（1）中心信息層

中心信息層為系統(tǒng)的核心組成，配備相應(yīng)的軟硬件，所有能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備運行信息、環(huán)境條件信息和能源及設(shè)備信息等都在該層進(jìn)行處、分析、評估并發(fā)布當(dāng)前能效狀況，擁有不同權(quán)限的用戶可以從大屏幕、Ｗｅｂ客戶端或其他有安全級別的終端服務(wù)器查看到不同級別的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)信息。

（2）傳輸層

傳輸層為系統(tǒng)通訊的底層通訊鏈路、通訊轉(zhuǎn)換設(shè)備以及頂層通訊鏈路等，是連接設(shè)備層和管理層的紐帶環(huán)節(jié)，保證數(shù)據(jù)有效傳送、不丟失。

（3）現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層為系統(tǒng)的基礎(chǔ)，絕大部分能耗數(shù)據(jù)來自該層。該層設(shè)備全部需具有ＲＳ４８５接□，支持ＭｏｄＢｕｓ通訊協(xié)議，將現(xiàn)場能耗數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)匯聚層。主要負(fù)責(zé)采集能耗數(shù)據(jù)（電、水、汽等）、環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)（溫度、濕度、（：０２濃度等）。

5.2硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

設(shè)計需考慮所選網(wǎng)絡(luò)具有高速的傳輸能力和較高的帶寬，網(wǎng)絡(luò)一次布線后，在未來１５-２０年內(nèi)可滿足項目擴(kuò)展需求；且網(wǎng)絡(luò)需具有較高的適應(yīng)變化的能力，當(dāng)監(jiān)測點位置發(fā)生變化時，可非常便捷地調(diào)整重新連接，不必重新布線；網(wǎng)絡(luò)需具有結(jié)構(gòu)清晰、簡單方便、易擴(kuò)展等特點。

主干網(wǎng)負(fù)責(zé)各子網(wǎng)和應(yīng)用服務(wù)的連接，為信息交換提供高速通道，主干網(wǎng)采用１０００／１００００Ｍ光纖網(wǎng)絡(luò)，下屬子網(wǎng)采用１００／１０００Ｍ快速以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議。以能源管理中心，按星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向外輻射，以輻射一級監(jiān)測點為主，通過一級監(jiān)測點作為匯聚點向二級監(jiān)測點輻射，二級監(jiān)測點作為匯聚點向三級監(jiān)測點輻射，*終實現(xiàn)整個機(jī)場能源管理網(wǎng)絡(luò)覆蓋。光纖主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖２所示。

5.3系統(tǒng)軟件構(gòu)架

系統(tǒng)軟件架構(gòu)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)'數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)上傳及接收系統(tǒng)、基礎(chǔ)信息維護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成。

（1）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行來路校驗，接收從數(shù)據(jù)采集器發(fā)送來的合法數(shù)據(jù)，解析后存儲至數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)對系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行校驗和解析，規(guī)范采集時間，根據(jù)配電支路安裝儀表的情況構(gòu)造用能模型，對原始采集數(shù)據(jù)拆分計算得到分項能耗數(shù)據(jù)并保存至數(shù)據(jù)庫。

（3）數(shù)據(jù)上報及接收子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)上報及接收子系統(tǒng)通過定時任務(wù)調(diào)度自動從數(shù)據(jù)庫中提取能耗分類、分項數(shù)據(jù)，合并整理打包后發(fā)送到上一級數(shù)據(jù)中心發(fā)送的系統(tǒng)公告、數(shù)據(jù)字典更新消息等。

（4）數(shù)據(jù)分析展示子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析展示子系統(tǒng)對經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后的分類分項能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總和整合，通過靜態(tài)表格或者動態(tài)圖表方式將能耗數(shù)據(jù)展示出來，為節(jié)能運行、節(jié)能改造、信息服務(wù)和制定政策提供信息服務(wù)。

（5）信息維護(hù)子系統(tǒng)

信息維護(hù)子系統(tǒng)對所有數(shù)據(jù)字典和建筑物概況等基礎(chǔ)信息、建筑用能支路及監(jiān)測儀表安裝等的配置信息、用戶權(quán)限信息等進(jìn)行錄入和維護(hù)。

5.4系統(tǒng)軟件功能

系統(tǒng)具有豐富的軟件功能，包括：數(shù)據(jù)采集、圖形展示與交互、事件記錄與報警、數(shù)據(jù)存儲與查詢、數(shù)據(jù)分析與展示、能源生產(chǎn)系統(tǒng)運行管理、能源生產(chǎn)計劃管理、能源生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)管理、基于工作流及工單的能源生產(chǎn)流程管理、生產(chǎn)信息發(fā)布、技術(shù)資料、文檔管理、用戶及基礎(chǔ)信息管理等。

6.Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)

（4）平臺功能

• 電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

• 能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，運用數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

• 預(yù)付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費看板

• 充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

• 智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

監(jiān)控頁面

• 安全用電

安全用電采用剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)第一時間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的。

• 智慧消防

通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。補(bǔ)了原先針對“九小場所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實際需求。

（5）系統(tǒng)硬件配置

7結(jié)語

隨著先進(jìn)的系統(tǒng)平臺和匹配的架構(gòu)及產(chǎn)品，才能真正達(dá)到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)

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