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• Lady Aimacaña

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INTRODUCCIÓN: Para construir un instrumento virtual, sólo requerimos de una PC, una tarjeta de adquisición de datos con acondicionamiento de señales (PCMCIA, ISA, XT, PCI, etc.) y el software apropiado. Un instrumento virtual debe realizar como mínimo las tres funciones básicas de un instrumento convencional: adquisición, análisis y presentación de datos. La instrumentación virtual puede también ser implementada en equipos móviles (laptops), equipos distribuidos en campo (RS-485), equipos a distancia (conectados vía radio, Internet, etc.), o equipos industriales (NEMA 4X, etc.). Existe una tarjeta de adquisición de datos para casi cualquier bus o canal de comunicación en PC (ISA, PCI, USB, serial RS-232, RS-422, paralelo EPP, PCMCIA, CompactPCI, PC/104, VMEbus, CAMAC, PXI, VXI GPIB, etc.), y existe un driver para casi cualquier sistema operativo (WIN /3.1 /95 /2000 /XP /NT, DOS, Unix, Linux, MAC OS, etc.). Algunos programas especializados en este campo son LabVIEW, Agilent-VEE (antes HP-VEE), Cyber Tools, Beta Instruments Manager, Matlab Simulink, etc. (Dias, 2006) La instrumentación industrial es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en este. (Wikipedia, 2019) Para designar y representar a los instrumentos de medición y control se emplean normas muy variadas que en ocasiones resultan muy diferentes de industria a industria. Esta gran variedad de normas y sistemas utilizados en las organizaciones industriales indican la necesidad universal de una normalización de ese campo. Varias sociedades han dirigido sus esfuerzos en ese sentido, siendo la Sociedad de Instrumentos de Estados Unidos (ISA, por sus siglas en inglés) y la Asociación Estadounidense de Fabricantes de Aparatos Científicos (SAMA, por sus siglas en inglés) de las más importantes. (Industrial, 2012) NORMAS EN INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL & VIRTUAL: Origen de la norma ISO: La organización conocida hoy en día como ISO nació en 1926 como la Federación Internacional de Asociaciones de Estandarización Nacionales (ISA). Fue suspendida en 1942 durante la segunda Guerra Mundial, durando esta organización 16 años, pero tras la guerra se le propuso por parte del Comité Coordinador de Estándares de las Naciones Unidas (UNSCC) formar un nuevo cuerpo de estándares globales. En octubre de 1946, delegados de 25 países se reunieron en Londres y decidieron unir fuerzas para crear la nueva Organización Internacional de Normalización; la nueva organización comenzaría oficialmente a operar a partir del 23 de febrero de 1947. A partir de 1947, la estructura de ISO está conformada por delegados que tienen autoridad para proponer normas de calidad y discutir en el consejo general compuesto por 20 delegados que se reúnen en ginebra (ciudad cede de ISO). (Marvin, 2017)

DESARROLLO: La Organización Internacional de Normalización (originalmente en inglés: International Organization for Standardization, conocida por las siglas ISO) es una organización para la creación de estándares internacionales compuesta por diversas organizaciones nacionales de estandarización. La Organización Internacional de Estandarización (ISO) es una organización independiente y nogubernamental formada por las organizaciones de estandarización de sus 1643 países miembros. Es el mayor desarrollador mundial de estándares internacionales voluntarios y facilita el comercio mundial al proporcionar estándares comunes entre países. Se han establecido cerca de veinte mil estándares cubriendo desde productos manufacturados y tecnología a seguridad alimenticia, agricultura y sanidad. (Wikipedia, 2019) La ISO integra a muchas asociaciones internaciones como, por ejemplo: • •

La ANSI (Instituto nacional La DIN (Instituto Alemán de Normalización)

estadounidense

de estándares)

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ISO 3511 Industrial process measurement control functions and instrumentation – Symbolic representation, partes 1 (año 77), 2 (año 84), 3 (año 84) y 4 (año 85).

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ISO 14617-1 a 15 :Graphical symbols for diagrams, año 2002 a 2005. (Marvin, 2017)

• ISO/IEC 9126: Evaluación de productos software: características de calidad y directrices para su uso. • ISO 9241: requisitos ergonómicos para trabajar con terminales de presentación visual (VDT). •

ISO/IEC 10741: interacción de diálogos.

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ISO/IEC 11581: símbolos y funciones de los iconos.

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ISO 11064: diseño ergonómico de centros de control.

• ISO 13406: requisitos ergonómicos para trabajar con presentaciones visuales basadas en paneles planos. • ISO 13407: procesos de diseño centrados en la persona para sistemas interactivos (informaticos) El propósito de ISO 14617 en su forma final es la creación de una biblioteca de símbolos gráficos armonizados para diagramas utilizados en aplicaciones técnicas. (Marvin, 2017)

Origen de la norma ANSI: En 1918, cinco sociedades dedicadas al mundo de la ingeniería y tres agencias gubernamentales fundaron el "Comité Estadounidense de Estándares para la Ingeniería". En el año 1928, se convirtió en la "Asociación Estadounidense de Estándares" (en inglés: American Standards Association, ASA). En 1969 se le puso el nombre el cual se conoce hoy en día con el nombre de ANSI (American National Standards Institute) (Wikipedia, 2019) La membresía ANSI comprende organismos gubernamentales, organizaciones, corporaciones, entidades académicas e internacionales, y los individuos. En total, el Instituto representa los intereses de más de 125.000 empresas y 3,5 millones de profesionales. (Wikipedia, 2019) DESARROLLO: El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares, más conocido como ANSI, es una organización sin fines de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos. (Wikipedia, 2019) La simbología en la Norma ANSI/ISA fue consensuada, por grupos interdisciplinarios, para satisfacer una amplia gama de aplicaciones industriales. Los símbolos y su designación permiten: tener herramientas de diseño, enseñar dispositivos, siendo un medio específico de comunicación para técnicos, ingenieros etc. Esto comunica conceptos, hechos, instrucciones y conocimientos. (D, 2003) Norma ISA - ANSI Sociedad de Instrumentistas de América (ISA por sus siglas en inglés) de los Estados Unidos crea y actualiza permanentemente, las normas usadas en la instrumentación empleada en todo proceso. La ISA ha desarrollado los siguientes estándares avalados algunos de ellos por ANSI o la IEC, los que se aplican alrededor del mundo. (Marvin, 2017) El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI), es una organización sin fines de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos. (Wikipedia, 2019) Los símbolos y su designación permiten: tener herramientas de diseño, enseñar dispositivos, siendo un medio específico de común+icación para técnicos, ingenieros etc. Esto comunica conceptos, hechos, instrucciones y conocimientos. (Wikipedia, 2019) SE PRESENTA A CONTINUACIÓN LAS SIGUIENTES NORMAS: •

Norma ANSI/ISA-S5.1-1984(R1992), Identificación y Símbolos de Instrumentación.

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Norma ANSI/ISA-S5.2-1976(R1992), Diagramas lógicos binarios para operaciones de Proceso.

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Norma ANSI/ISA-S5.3-1983, Símbolos gráficos para control distribuido, instrumentación

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de desplegados compartidos, Sistemas lógicos y computarizados. Norma ANSI/ISA-S5.4-1991, Diagramas de lazo de Instrumentación.

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Norma ANSI/ISA-S5.5-1985, Símbolos gráficos para identificación de procesos. (ISA)

Ilustración 1. Colores procesos en panel (Norma ANSI/ISA-S5.5-1985). (Creus, 2011)

Origen de la norma DIN: El DIN fue establecido el 22 de diciembre de 1917 como Normenausschuss der deutschen Industrie (NADI). El acrónimo DIN también ha sido interpretado como Deutsche Industrie Norm (Norma de la Industria Alemana) y Das Ist Norm (Esto es norma). (Wikipedia, 2019) DESARROLLO: El Deutsches Institut für Normung (DIN), es el organismo nacional de normalización de Alemania. Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad. El DIN representa los intereses alemanes en las organizaciones internacionales de normalización (ISO, CEI, entre otros.). El comité electrotécnico es la DKE en DIN y VDE (Frankfurt). (Wikipedia, 2019) Las normas de la ISA tienen por objeto establecer sistemas de designación (código y símbolo) de aplicación a toda la industria en general. (Creus, 2011)

SE PRESENTA LAS SIGUIENTES NORMAS: Las normas DIN se dividen en dos grupos: • • •

DIN 19227-1 Símbolos gráficos y letras de identificación en control de procesos. DIN 19227-2 Símbolos gráficos y letras de identificación en control de procesos, representación de detalles. DIN V 44366:2004-12 Especificaciones de ingeniería de control de procesos en los diagramas P&I e intercambio de datos entre P&ID y PCE-CAE. (Marvin, 2017)

Ilustración 2.Código de identificación de la norma DIN 19227 (Creus, 2011)

Ilustración 3. Versión, normas según IEEE para Instrumentación virtual (Creus, 2011)

Consideraciones de Diseño Factores para el diseño de una interfaz de usuario:  Desarrollo o toolkits o librerías de componentes o soportes para un rápido prototipado o adaptabilidad  Viabilidad expresan una fuerte identidad visual: o habilidades humanas. o la identidad del producto. o un modelo conceptual. o múltiples representaciones.  Aceptación o política de la corporación o los mercados internacionales o la documentación o entrenamiento El lenguaje visible

• •

•

Organizar: proveer al usuario de una estructura conceptual clara y consistente. Economizar: hacer lo máximo con la menor cantidad de elementos. o Simplicidad o Claridad o Singularidad o énfasis Comunicar: ajustar la presentación a las capacidades del usuario o Legibilidad o tipografía o Simbolismo o múltiples vistas o color o textura

Normas de Color El color es uno de los más complejos elementos a la hora de intentar diseñar una interfaz gráfica correcta. Puede ser una herramienta potente de comunicación usada correctamente. (Velasquez)

Ilustración 4. Normas de colores (Labview)

COMPONENTES DE UN SISTEMA BASADO EN INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL. Los sistemas que se basan en PC en los que se pueden desarrollar aplicaciones con Instrumentación Virtual, tiene una estructura que se puede dividir en tres componentes fundamentales: • • •

Hardware de adquisición de datos y Acondicionamiento de señal. Computador personal. Software

Estos componentes tienen otros subcomponentes que se pueden apreciar en el siguiente diagrama:

La función de cada uno de estos elementos es fundamental para el desarrollo de aplicaciones en instrumentación virtual, es por esto que se definirán brevemente las características de cada uno de ellos. (7.1) HARDWARE Estos dispositivos son fundamentales para implementar cualquier aplicación en instrumentación virtual, ya que permiten relacionar en forma directa el concepto virtual desarrollado en el computador y el concepto instrumentación que se desarrolla en campo, donde se encuentran instalados los sensores y actuadores, transformándose así en una interfaz absolutamente necesaria. (7.1) TARJETAS DE ADQUISION DE DATOS Los componentes con los cuales se hace la interfaz con el computador pueden ser de dos tipos: tarjetas insertadas dentro del computador (plug in) e instrumentos con puertos de comunicación operando independientemente (stand alone). Tarjetas "Plug in" Las tarjetas "plug in" están insertadas dentro las ranuras de expansión del PC y son diseñadas para una determinada arquitectura de computador personal, por ejemplo IBM PC compatibles o de la series APPLE II. Estas tarjetas tienen un conector terminal, a donde se aplican las señales provenientes de variables de proceso acondicionadas o no, así como terminales de salida. Estas tarjetas se diseñan con un determinado "software" para el PC. (Calderón-Vielma, 2002) DISEÑO DE INSTRUMENTOS VIRTUALES Para construir un instrumento virtual, sólo requerimos de una PC, una tarjeta de adquisición de datos con acondicionamiento de señales (PCMCIA, ISA, XT, PCI, etc.) y el software apropiado. Un instrumento virtual debe realizar como mínimo las tres funciones básicas de un instrumento convencional: adquisición, análisis y presentación de datos. La instrumentación virtual puede también ser implementada en equipos móviles (laptops), equipos distribuidos en campo (RS-485), equipos a distancia (conectados vía radio, Internet, etc.), o equipos industriales (NEMA 4X, etc.). Existe una tarjeta de adquisición de datos para casi cualquier bus o canal de comunicación en PC (ISA, PCI, USB, serial RS-232, RS-422, paralelo EPP, PCMCIA, CompactPCI, PC/104, VMEbus, CAMAC, PXI, VXI GPIB, etc.), y existe un driver para casi cualquier sistema operativo (WIN /3.1 /95 /2000 /XP /NT, DOS, Unix, Linux, MAC OS, etc.). Algunos programas especializados en este campo son LabVIEW, Agilent-VEE (antes HP-VEE),

Cyber Tools, Beta Instruments Manager, Matlab Simulink, etc. (Dias, 2006) LABVIEW LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) es un lenguaje de programación gráfico diseñado por National Instruments, para el diseño de sistemas de adquisición de datos, instrumentación y control. Permite diseñar interfaces de usuario mediante una consola interactivo basado en software. Es un sistema de programación de propósito general con librerías y funciones para diversas tareas. (Henry Antonio Roncancio, 2001) En particular incluye librerías para:     

Adquisición de Datos. GPIB Control serial de Instrumentos. Análisis de Datos. Presentación de Datos.

Almacenamiento de Datos Posee un entorno de programación destinado al desarrollo de aplicaciones, similar a los sistemas de desarrollo comerciales que utilizan el lenguaje C o Basic. Sin embargo, se diferencia de dichos programas en un importante aspecto: los citados lenguajes de programación se basan en líneas de texto para crear el código fuente del programa, mientras que LabView, emplea la programación gráfica o lenguaje G para crear programas basados en diagramas de bloques.

Agilent-VEE Agilent VEE Pro (Visual Engineering Environment) es un ambiente de programación gráfico diseñado específicamente para aplicaciones de pruebas y medición. Está diseñado con el propósito de reducir tiempos, ya que ofrece formas de conectar instrumentos, realizar mediciones, desplegar y reportar datos automatizando los procesos de medición y prueba. Tiene la capacidad de comunicación entre equipos por medio de los puertos: IGPIB General Purpose Interface Bus), LAN (Local Area Network). USB Universal Serial Bus, RS.232 (Recommended Standard 232), VXI (VME bus Extensions for Instrumentation) y otras interfaces. (Bibliotecas UDLAP, 2019) CYBER TOOLS. Este paquete es un conjunto de herramientas para desarrollo de sistemas de control y monitoreo con PCs en entorno Windows, desarrollado por SCM International. Cyber Tools es una herramienta flexible y poderosa para la implementar sistemas de recolección y manejo de datos Les permite a científicos, ingenieros, investigadores, técnicos y demás interesados, automatizar las tareas de captura de datos, mediciones automáticas, o control de procesos por medio de programación amigable en un entorno orientado a objetos y de programación visual de pantallas y paneles, en entorno Windows. Entre los paquetes que conforman este software tenemos:

Cyber View: Es una herramienta para la programación visual de ventanas de interface y monitoreo para desarrollar aplicaciones de instrumentación virtual. MicroLab: Permite elaborar ventanas de osciloscopio, registradores, a almacenamiento y extracción de datos, bloques de adquisición de datos. Permite editar sus propios controles, paneles, listas, etc. Dbase Cyber Tools: Permite acceder a bases de datos por medio de comandos SQL, pudiendo actualizar, leer, eliminar, buscar y otras operaciones mas sobre registros y campos de bases de datos. Posee dos clases de bloques: de entrada para escribir un comando de selección de archivo, registro y condicionales y el dato correspondiente al campo seleccionado será puesto a la salida del bloque; y de salida para seleccionar el campo a actualizar y automáticamente este será actualizado con el valor presente a la entrada del bloque. Cyber Tools Reporter: Permite generar registros alguna planilla de cálculos, como ser Excel.

para

luego

importarlos

a

IPControl: Desarrollara sistemas que podrán ser monitoreados desde Internet o intranet. Combinado con otros opcionales se convierte en una gran herramienta para control industrial, medicina, control de la producción, demótica, sistemas de seguridad, etc. Cualquier variable del sistema podrá estar disponible en una página del servidor al acceso de los usuarios que podrán acceder a la misma por medio de links desde otras páginas o sitios. Cyber Comm: Permite convertir la PC en una estación de mediciones y adquisición de datos asincrónicos. Permite crear bloques para consultar controladores, microcontroladores, instrumental, módems, etc. Implementar sistemas que requieran comunicación con otros dispositivos con transmisión de datos en forma serial, pudiendo ser estas del tipo: punto a punto o NetWare. En ambos casos el usuario configurara protocolos para transmisión de datos, consulta automática controladores, administración y consulta de dispositivos conectados en red. (Virtual)

MATLAB SIMULINK  Lenguaje de alto nivel para cálculos científicos y de ingeniería  Entorno de escritorio afinado para la exploración iterativa, el diseño y la solución de problemas  Gráficas para visualizar datos y herramientas para crear diagramas personalizados  Aplicaciones para ajustar curvas, clasificar datos, analizar señales, ajustar sistemas de control y muchas otras tareas  Toolboxes complementarias para una amplia variedad de aplicaciones científicas y de ingeniería  Herramientas para crear aplicaciones con interfaces de usuario personalizadas  Interfaces para C/C++, Java®, .NET, Python, SQL, Hadoop y Microsoft® Excel®



Opciones de implementación libres de regalías para compartir programas de MATLAB con los usuarios finales. (MathWorks)

Ventajas y desventajas de la Instrumentación Virtual Instrumentación virtual (VI) describe una combinación de configuraciones de hardware y software de computadora que replicar sistemas analógicos utilizados en el pasado. VI es útil para los científicos e ingenieros que necesitan computadoras ayuda ejecutar tareas complejas y conjuntos de sistema, o en la industria de radio y vídeo para crear archivos audiovisuales digitales de alta calidad. Resumen Instrumentación virtual (VI) es el uso de software, combinado con componentes de hardware, para simular similares componentes analógicos. VIs se modelan típicamente en contrapartes no digital. Por ejemplo, un osciloscopio virtual, utilizado para medir la tensión, replica las funciones de un osciloscopio. La diferencia es que un osciloscopio virtual puede ser programado para realizar una variedad de otras tareas, como la más matizada de medida de tensión, mientras que un osciloscopio analógico ha limitado uso. Costo Reducción de costos es una gran ventaja del uso de VI. Una computadora y el software apropiado son las únicas cosas necesarias para la VI, aunque algunos instrumentos virtuales pueden requerir que se unen varios ordenadores. En ocasiones, algunos dispositivos pueden requerir. Por ejemplo, una video casetera a veces es necesario llevar ciertos formatos de vídeo en un ordenador. Sin embargo, este hardware es casi siempre más barato y más eficiente que su contraparte no digital.

Rendimiento VI interfaces utilizan a menudo una gran cantidad de potencia de procesamiento que les permiten realizar rápidamente tareas complejas. Esto es importante para los ingenieros que deseen diseñar digitalmente su producto antes de construirlo realmente. VI puede ayudar a identificar los defectos de diseño antes de prototipos son construidos. El funcionamiento del VI depende de la computadora o equipos que utilizan para ejecutarlo, pero aumentando la potencia de procesamiento del ordenador puede impactar positivamente el rendimiento. Seguridad VI puede ser vulnerable a violaciones de seguridad que no son instrumentos digitales. Puesto que los datos se almacenan en una computadora, información sensible puede ser accesible a los usuarios públicos. Software de seguridad incluso no puede impedir que los hackers expertos infiltrarse en el sistema. Pueden evitarse los riesgos de seguridad al almacenar información en una red cerrada, local que no se puede acceder en línea. Consumo de energía VI exige que muchos dispositivos simultáneamente y pueden consumir mucha energía. Algunos VI puede requerir ordenadores para conectarse a un hub Ethernet o servidor local. Cada equipo consume una gran cantidad de energía además de cualquier hardware externo. Cuando se usa

VI, es importante controlar el uso de energía y apagar los dispositivos cuando no esté en uso. (seabrook, 2019) Otras ventajas 1. Te deshaces de los errores humanos. Las pruebas repetitivas manuales son difíciles de realizar sin ningún error. Cuando automatiza sus mediciones, puede deshacerse de los errores y asegurarse de que sus mediciones sean siempre correctas. 2. Te ahorra tiempo. Muchas pruebas requieren mediciones repetitivas a través de una amplia gama de valores. Con la instrumentación virtual podrá automatizar estas pruebas para terminarlas más rápido, y no será necesario estar físicamente presente o configurar los instrumentos para cada una de las mediciones que esté tomando. 3. Crea tu propio rack virtual de prueba y medición. El software disponible se puede adaptar perfectamente a varios tipos de instrumentos, de modo que puede coordinar señales y automatizar tareas complejas, es decir, crear fácilmente su propia mesa de trabajo para realizar pruebas con todos los instrumentos necesarios, trabajar en conjunto y configurarse para dar un PASS / FAIL a sus pruebas. . 4. Crear y personalizar informes y análisis. Al final de cada prueba, puede obtener informes detallados sobre las mediciones tomadas y se pueden configurar para mostrar el tiempo invertido en la reparación, así como para proporcionar detalles sobre los componentes que fallaron. Esto suele ser muy útil para observar el número de fallas y tener un control completo de cuáles son las debilidades de sus diseños electrónicos. 5. Desarrollar pruebas inteligentes. Cree pruebas automatizadas programando los valores y las configuraciones de cada instrumento para realizar diferentes acciones o mediciones de acuerdo con los resultados obtenidos. Con la filosofía TestFlow disponible en el software, se puede utilizar una secuencia paso a paso con el mismo instrumento con diferentes configuraciones tantas veces como sea necesario.

CONCLUSIONES: •

Las normas de simbología en instrumentación industrial, tuvieron sus orígenes a medida que los avances científicos y tecnológicos se presentaban en la humanidad, a medida que acrecentaba el nivel tecnológico la necesidad de comunicar y transmitir información fue la clave para utilizar los estándares y de esta manera regir todo proceso, diseño y control mediante un lenguaje comprendido por todos, en la instrumentación industrial debemos conocer una variedad de elementos que están presentes en todo proceso industrial, y nuestro medio de comunicación con estos procesos será la interpretación de los diagramas, por eso tendremos que conocer cada código y símbolo presente en ellos.

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La documentación realizada nos enseña que las normas de simbología de instrumentación industrial tienen sus generalidades y antecedentes distintos ya que existen distintas instituciones que rigen las normas, en este caso abordamos normas americanas y europeas, pero cada empresa e industria se rige bajo la norma que más le convenga, por esta razón debemos tener flexibilidad al momento de estar en el campo laboral.

RECOMENDACIONES: • Es de suma importancia conocer las normas de simbología en instrumentación industrial, ya que por medio de ellas lograremos interpretar diagramas de procesos y conocer sus instrumentos • Indagar acerca de las normas de simbología DIN, ya que hay muy poca información de ellas en la web en idioma español. • El estudiante de ingeniería de ULSA debe familiarizarse con las normas de simbología en instrumentación industrial, ya que es el lenguaje mediante el cual podrá interpretar todo lo relacionado a las variables de cualquier proceso. • Tomar en cuenta que existen distintos tipos de normas de simbología en instrumentación industrial, por lo tanto, debemos conocer las más usadas.

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