automatizacion y monitorizacion de redes...
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AUTOMATIZACION Y MONITORIZACION DE REDES HIDRAULICAS
David Olmo Díaz
Técnico Especialista Electrónica Industrial, Avd Espartinas, 29, Parque Empresarial Pibo A49, 41110 Bollullos de la
Mitación, Sevilla, España, +0034 605 84 54 61, [email protected]
RESUMEN
La importancia de los regadíos en la actualidad cobra una importancia muy alta, en cuanto que
son los artífices de la fijación de población en determinados lugares donde la despoblación crecía, por
falta de recursos económico. Los regadíos nos brindan la posibilidad de hacer cultivos con un valor
añadido, más rentables y ayudan a dinamizar la economía de las zonas rurales.
Los recursos hídricos y energéticos limitados y la creciente demanda de estos, nos obligan a
hacer nuestras instalaciones lo más eficiente posible. Para conseguir llegar a estos objetivos la
tecnología actual nos brinda unas herramientas bastante potentes.
La automatización de las instalaciones de regadío nos permite poder aumentar la superficie
regable con el consiguiente aumento del valor del terreno, aumentar la producción y controlar costes de
producción con el consiguiente aumento de beneficios, controlar los recursos hídricos aumentando
caudales ecológicos de nuestras cuencas, controlar los recursos energéticos minimizando las
emisiones de CO2 a la atmosfera; en definitiva mejorar nuestras explotaciones agrarias y cuidar el
entorno que las rodea.
Los sistemas de Motorola y Célula, nos permiten automatizar las instalaciones hasta un grado
muy elevado, permitiendo una explotación rentable y sostenible. La fiabilidad contrastada con años de
experiencia en el mercado y el desarrollo continuo de productos apoyados en los nuevos avances
tecnológicos hacen que nuestros productos estén a la vanguardia de la automatización a nivel
mundial.
AUTOMATIZACION, SOSTENIBILIDAD, RENTABILIDAD, FIABILIDAD, ROBUSTEZ.
RESUMEN ALARGADO
Para ver la importancia de la automatización de los sistemas de regadío, hay que ver la
situación desde un paso más atrás del que normalmente solemos observar las instalaciones que
proyectamos, instalamos y explotamos.
Sin ninguna duda en el sistema económico que tenemos actualmente, la obtención de beneficio
y la rentabilidad de las explotaciones son muy importante, pero no debemos olvidar que esas
explotaciones y el entorno que las rodea, forma parte de un ecosistema y todo ecosistema para su
durabilidad en el tiempo tiene que guardar un equilibrio.
Las crecientes necesidades alimentaria de la población junto con una mayor competencia en
los mercados globales, por un lado obliga a la producción de mas alimentos y por otro rentabilizar al
máximo las explotaciones, y teniendo en cuenta que los regadíos son actualmente la fuente de
producción de alimentos con mayor crecimiento, los recursos hídricos y energéticos son vitales para el
futuro.
Los regadíos necesitan de la tecnología para poder cumplir los objetivos de crecimiento y
sostenibilidad.
La tecnología actual nos permite niveles de automatización de instalaciones bastante elevadas
y la posibilidad de controlar de una forma muy fiable las explotaciones.
La elección de un sistema de automatización no siempre es fácil y conlleva la observación de
parámetros económicos, orográficos, de recursos, etc.…La flexibilidad de los sistemas, (en cuanto a las
posibilidades que nos ofrezca de comunicación, programación, monitorización, tratamiento de la
información, etc.…) y la robustez, son vitales a la hora de elegir un sistema u otro.
Los sistemas de Motorola, nos ofrecen además de las características anteriormente
mencionadas, la experiencia de 35 años en el mercado de la automatización de instalaciones, teniendo
un especial cuidado en los productos desarrollados, compatibiliza los nuevos productos con los
anteriormente desarrollados.
La apertura de los sistemas cada vez es una realidad y como pasa ya en el sector industrial,
Motorola a lanzado el estándar OPC para sus aplicaciones software que le va a permitir la apertura
hacia PLC de estaciones de bombeo, sistemas GIS, aplicaciones de facturación y demás sistemas o
aplicaciones susceptibles de intercambio de información.
El hardware de Motorola, cuenta con unidades instaladas hace 35 años que actualmente
siguen operativas y eso nos permita saber cuáles son las problemáticas del medio en el que son
aplicados nuestros productos. Contamos con encapsulados de electrónica específicos, con grado IP
adecuados, protocolos de comunicación redundantes y fiables, para poder ofrecer una información
veraz.
El Sistema Célula, concebido para poder dar a las instalaciones la mayor flexibilidad posible en
cuando a soluciones a medida, funciones dataloger, implementación de redes WI-FI, adquisición de
datos y su posterior tratamiento.
La optimización de los recursos hídricos y energéticos es una responsabilidad que tenemos en
la actualidad y en la medida que nos concienciemos de ello, dependerá el futuro y la sostenibilidad de
nuestras instalaciones; y para ello disponemos de la tecnología para poder dar respuestas.
Introducción:
En el informe “El uso sostenible del agua en el sector agrario: situación actual y perspectivas
de futuro”, presentado el Día Mundial del Agua 2007, se reconoce según la FAO, la escasez de agua
afecta a mas del 40% de la población mundial. En el año 2030 se espera que la población mundial
alcance los 8.100 millones de personas y las necesidades de alimentos aumentaran un 55% respecto a
1998.
A nivel mundial, el 40% del total de alimentos se produce en regadío. El 70% del agua se utiliza para
producir alimentos, llegando en algunos países hasta el 95%.
0 20 40 60
60%
Otros
40%
Regadios
Produccion de
alimentos
0 20 40 60 80
30% Otros
70%
Pruducción
de
Alimentación
Uso del agua
Por tanto, uno de los mayores desafíos mundiales del siglo actual es el uso sostenible del agua, como
se ha reconocido en distintos foros internacionales en los últimos 10 años. Desde el punto de vista
agrícola, como mayor demandante de agua, la satisfacción de las necesidades alimentarias de la
población mundial frente a las previsibles restricciones hídricas pasa por la mejora en eficiencia y
productividad del regadío, objetivo que solo será alcanzado mediante una mejora tecnológica del
mismo. Sin dula, la aplicación de sistemas de automatización y control en todas las escalas de la
distribución del agua de riego juegan un papel transcendental e la necesaria modernización tecnológica
del regadío.
Breve Historia.
1. Introducción.
Para tener conciencia de la importancia de los sistemas de automatización y control de
regadíos que se aplican hoy en día en nuestra agricultura, es imprescindible reflexionar sobre la
historia del regadío en la península.
Resulta aventurado precisar cuándo se empieza a hablar de regadío en nuestra península,
pero es sabido que con anterioridad a la dominación romana ya existían sistemas de riego que se
vieron evolucionados por su influencia en la economía romana y posteriormente en la cultura árabe. Ya
desde esos tiempos se habla de la regulación y el aprovechamiento del agua. La implantación de
acequias, molinos, azudes, presas, etc. son modelos de unos sistemas sociales en los que el agua
tiene un papel primordial en la agricultura de la época.
Azud de los Piquillos, Valvona, Teruel
Origen Medieval
Acequias, Huerta de Pegalajar, Jaén
Origen Medieval
Durante la época de esplendor de la cultura árabe en la península es cuando realmente se realizan los
grandes avances de los sistemas hidráulicos. A partir del siglo X es cuando se perfeccionan las
técnicas de regadío, evolucionando propiciado por el cultivo de nuevas especies cuyo origen provenía
de países tropicales y semitropicales que requerían más agua de la que se podía proporcionar sin la
existencia de sistemas de riego.
Se pone de manifiesto durante toda la historia del regadío que la necesidad de regular y controlar el
proceso de riego, ha sido una exigencia imperiosa para producir con éxito los productos agrícolas que
demanda cada periodo.
2. Evolución.
La evolución de los sistemas de control y tele gestión en los últimos tiempos ha ido de la mano
de los avances, siendo las primeras con mandos hidráulicos, donde se controlaban válvulas a distancia
a través de mandos hidráulicos. Posteriormente con la evolución de la electrónica digital, se
implementan procesos con puertas lógicas que nos permitían la realización de un control bastante
avanzado comparado con los sistemas anteriores, y por último la llegada de los procesadores que nos
abrió las puertas a procesos mucho más complejos.
3. Presente
El presente de la automatización va en constantes cambios ya que va de la mano de los
nuevos avances en el sector tecnológico. Por un lado las aplicaciones software que cada vez pueden
procesar más información y nos permiten su manejo de una forma más intuitiva y grafica, y por otro
lado las diferentes posibilidades de medios de comunicación entre el puesto de control y cada uno de
los elementos a gestionar.
4. Futuro.
Es aventurado saber que nos depara el futuro, ¿sistemas autónomos de gestión?, pero lo que
sí es cierto es que los procesos cada vez serán más avanzados para poder controlar y gestionar de
una forma más responsable los recursos hídricos.
5. Automatizaciones de redes en Portugal, evolución y mejora de rendimientos.
Las transformaciones y automatización de redes de riego en Portugal podemos afirmar de una
forma evidente que ha afectado de una forma muy positiva de las que podemos destacar:
� Aumento del valor del suelo agrícola.
� La posibilidad de siembra de cultivos con mayor valor añadido.
� Creación de industria relacionada con la producción agrícola (almazaras, envasadoras,…).
� Fijación de población en lugares de creciente despoblación.
� Activación del sector servicios en las zonas de influencia.
� Mejora de medio ambiente al optimizar los recursos hídricos y mejora de caudales ecológicos.
El Telecontrol.
EI concepto de telecontrol integra la tele gestión y el control remoto. Relaciona el control
remoto de los elementos de campo, con la información transmitida por los diferentes sensores.
Como se puede ver, abarca el mayor grado de automatización y es el que más funcionalidades puede
Llevar a cabo sobre el hidrante.
Aplicaciones en regadío:
� Lectura de Contadores.
� Apertura y cierre de Válvulas mediante electroválvulas.
� Lectura de los sensores de caudal, nivel, presión, temperatura, detectores de flujo, etc.
CONTROL
REMOTO
TELEGESTIÓN
Funcionalidad del sistema de telecontrol.
Podríamos definir la funcionalidad de un sistema de Telecontrol como la capacidad que
presenta dicho sistema para responder a las necesidades de los diferentes sistemas de riego:
1. Robustez.
EI medio en el que se va a instalar el sistema es hostil para los elementos que lo componen
(dispositivos electrónicos, radios, cables de comunicación, etc.), existen variaciones muy importantes
de temperaturas, tanto estacionales como diarias, los elementos de control deben estar preparados
para soportar niveles altos de humedad relativa, e incluso para mojaduras directas debidas al propio
sistema de riego, el viento transporta mucho polvo y arenilla, y la atmosfera en zonas costeras produce
depósitos de salitre en los equipos y oxidación. Por ello es importante que los equipos estén
preparados para trabajar en las peores condiciones.
2. Funcionamiento riguroso y seguro.
Las instalaciones de telecontrol de riegos abarcan amplias superficies, dependiendo de las
mismas un número de elevado de usuarios, es necesario que los fallos de funcionamiento de los
equipos que se puedan producir no afecten a la totalidad de la red de riego, sino que sean limitados e
identificables, para reducir al máximo su impacto y el tiempo necesario para el restablecimiento de la
zona afectada.
3. Anti-vandalismo.
Los equipos que se instalan en campo no están normalmente vigilados, lo que facilita acciones
vandálicas o de pillaje, por esto se hace necesario dificultar al máximo estas actuaciones, protegiendo
convenientemente u ocultando los equipos, e intentando dentro de Io posible disminuir el atractivo
visual de los mismos.
4. Ser configurado, modificado o ampliado sin que se altere su capacidad de trabajo, es muy habitual
que se realicen cambios en el número de salidas a parcela, de hidrantes, etc., debe permitirse la
ampliación o adaptación del telecontrol a las modificaciones que se puedan realizar en la red hidráulica.
5. Mantenimiento sencillo y económico.
El propio operario de la Comunidad de Regantes encargado del manejo del sistema, debe
poder realizar las tareas de mantenimiento más habituales que garanticen la estabilidad de las
funcionalidades de los elementos del telecontrol, sin tener que depender de la empresa instaladora,
para ello, el manejo debe ser suficientemente sencillo y los diferentes dispositivos que forman los
elementos de campo de fácil chequeo y sustitución.
6. Tener la posibilidad de admitir varios medios de comunicación, cable, radio UHF, tecnología móvil,
para poder adaptarlo a diferentes situaciones que se puedan plantear.
7. Poder integrar dentro de su lógica de funcionamiento, rutinas de funcionamiento automáticas que
coordinen los datos procedentes de sensores de clima, suelo v planta, para decidir cuándo y cuanto se
debe regar.
Objetivos del sistema de telecontrol del regadío.
Los principales objetivos que se buscan cuando se implanta un sistema de telecontrol son:
� Facturación automática de los consumos. � Telemando de la red de distribución sin necesidad de desplazar a los operadores. � Detección rápida de averías y de fraudes. � Conocimiento en tiempo real del estado de la red, de los hidrantes y del consumo en mapas o
sinópticos situados en el centro de control.
� Ahorro de costes, optimización de consumos en función de los recursos hídricos y de la demanda.
� Gestión automática de turnos de riego en función de la demanda (riego "ordenado”). � Tele medida de caudales, presiones y consumos. � Control administrativo en tiempo real.
Medios de comunicación.
Uno de los aspectos más importantes en la planificación y ejecución de un sistema de
telecontrol de regadíos es el sistema de comunicaciones empleado.
La principal diferencia existente con los sistemas de control industrial está en la gran dispersión de las
localizaciones de las señales o puntos del sistema de riego a tele controlar. Un sistema de telecontrol
de regadío puede supervisar un número similar de señales que un sistema de control industrial típico,
pero los equipos se encuentran distribuidos en una superficie 10, 100 o 1000 veces mayor.
El medio de comunicación, actualmente es uno de los parámetros mas determinantes a la hora
de elegir un telecontrol y su elección dependerá de la situación donde aplicar y necesidades de
comunicación, además de algún factor más.
1. Cable, el sistema vía cable como medio de comunicación, fue el primero en implantarse y no
por eso podemos afirmar que sea un sistema obsoleto, ya que tiene sus ventajas con respecto a los
sistemas inalámbricos.
La solución cable se basa en las interconexiones físicas de cada estación remota mediante un cable de
unas características apropiadas para este tipo de transmisiones. Dada que la instalación del cable es
normalmente enterrada, las características del mismo deben ser apropiadas en cuanto a:
� Protección exterior. � Rigidez mecánica. � Aislamiento eléctrico. � Atenuación de la señal.
Ventajas:
� Eliminación de sistemas de alimentación aislados (panel solar- batería o pila litio). � Coste muy reducido por punto de control. � Escaso impacto visual. � No se ve afectado por interferencias de radio. � Bajo coste si se instala aprovechando la zanja de las tuberías de distribución.
Inconvenientes:
� Coste del cable muy alto e instalación, en caso de tener que abrir zanja nueva. � Puntos de control sin capacidad de proceso. � En caso de rotura puede dejar sin servicio grandes zonas. � Sensibles a descargas atmosféricas conducidas por el cable de alimentación.
2. Radio, en la banda tanto de 430-470 MHz, como en la banda de 868 MHz, son actualmente los
más demandados, por su bajo coste de mantenimiento, ya que son redes de comunicación privadas y
su fácil implantación.
Son dispositivos basados en microprocesadores comunicados vía radio. Están optimizados para bajo
consumo alcanzando por lo general 2 y 3 años de autonomía.
Ventajas:
� Optimizado para bajo consumo: autonomía del orden de años. � Requieren de paneles de reducidas dimensiones. � También pueden alimentarse con pilas de litio. � Envolvente estanca de reducidas dimensiones. � Sustitución del equipo simple. � Menor precio que los autómatas de uso general con radio.
Inconvenientes:
� Capacidad de ampliación menor con respecto a los autómatas de uso genera. � Capacidad de proceso menor que un autómata.
3. GSM, los sistemas basados en la utilización de infraestructuras de comunicación de algún
operador de telefonía móvil, son sistemas que en la actualidad tienen su función en sitios donde los
sistemas radio tienen problemas de cobertura.
Ventajas:
� Fácil implantación. � Optimizado para bajo consumo. � Operatividad en zonas escarpadas y urbanas.
Inconvenientes:
� Escasa cobertura en zonas rurales. � Dependencia de un operador de telefonía móvil. � Coste elevado de mantenimiento respecto a servicios al operador.
4. WI-FI, algunos expertos lo sitúan como el futuro inmediato, nos permite hacer una red met,
agilizando las comunicaciones, pero actualmente es aplicable en situaciones de corta distancia ya que
emiten a baja potencia debido a su alto consumo energético.
Ventajas:
� Comunicación bidireccional y rápida. � Sistema redundante auto redirigido.
Inconvenientes:
� Consumo actual de módulos excesivo. � Corto radio de alcance.
SOLUCIONES HIDRENKI
Sistema Motorola.
� Medio de Comunicación.
1. Cable, Motorola es una compañía con larga experiencia en el mundo de las comunicaciones y
sus inicios en el control hidráulico comenzó con sistemas vía cable.
2. Radio, actualmente es el medio de comunicación mas demandado, Motorola cuenta con larga
experiencia en radiofrecuencia y protocolos de comunicación.
3. Sistema Mixto, convivencia en el mismo sistema de los dos medios de comunicación.
� Centro de Control.
Aplicaciones software, IRRINET CONTROL CENTER ICC, es una aplicación software basada
en los 40 años de experiencia en el control de fluidos, muy estable nos permite monitorizar y controlar
de una manera intuitiva todos los elementos de una instalación.
El software nos permite:
� Monitorización, control y gestionar las comunicaciones con las unidades concentradoras, así
como con los terminales remotos, en cuanto a la frecuencia de comunicaciones, como a los
elementos a interrogar según la necesidad.
� Visualizar los datos aculados, en informes de una forma global o individual por boca,
discriminando las horas de consumo (punta, valle y llano) incluso por día dentro del calendario
anual.
� Visualiza cualquier fallo de comunicación con cualquier elemento del sistema, almacenando
estos datos en unos ficheros que podrán ser consultados con posterioridad, para saber qué
tipo de fallo, hora y fecha cuando ocurrió.
� Exportar los datos a diferentes formatos como, PDF, Crystal Report, EXCEL, HTML, Lotus 123,
OBDC, Text, Word, XML,……
� Comandos automáticos, sin presencia del operador, previamente programados.
� Recibir cualquier evento o alarma y actuar sobre el sistema desde un teléfono móvil.
� Copias de seguridad periódicas de los datos almacenados, eventos, alarmas, caudales o
presiones.
� Protocolo de comunicación Modbus.
� Unidades Concentradoras.
IRRInet-XL-M-ACE, las unidades concentradoras están basadas en la tecnología moscad, unidades
muy robustas.
Las unidades concentradoras IRRInet, es un PLC Motorola tipo Moscad, está equipado con un módulo
CPU, módulo alimentación, PIU interface radio de comunicación con terminales remotos, salida
Ethernet, equipo WI-FI banda ancha 2,4-5,7 GHz, antena parabólica en banda de frecuencia utilizada y
armario de poliéster IP66. Es modular y nos permite poder emplear varios salidas.
� Terminales Remotos.
Las señales procedentes del emisor de impulsos serán procesadas por el terminal remoto y
serán enviadas al centro de control y desde este podremos accionar la apertura y cierre de
electroválvulas, posibilitando el control de la válvula.
En las situaciones que dispongamos de medidas analógicas (presión) se equipara al terminal de un
conversor analógico digital para que el terminal remoto envié los datos al centro de control.
Por cada boca de riego el terminal procesara los siguientes datos:
� Volumen suministrado en horas punta, valle y llano.
� Caudal instantáneo.
� Alarmas por límite inferior o superior.
� Estado de la salida.
� Alarma por desconexión o avería en la bobina de la electroválvula.
� Estado batería.
� Maniobra de cierre y apertura.
En el caso de las medidas analógicas procesara los siguientes datos:
� Medida de presión.
� Nivel superior de presión.
� Nivel inferior de presión.
Estos datos son recogidos por las unidades concentradoras y enviados al centro de control,
donde son procesados y monitorizados.
1. Cable, los terminales cable con una arquitectura y bus de comunicaciones muy fiable,
encapsulados específicos.
El terminal cable de Motorola va dotado de electroválvula latch 3 hilos, encapsulado de IP66 y con
tarjeta electrónica con capacidad de una salida digital y dos entradas digitales.
2. Radio, terminales de bajo consumo y función repetidora.
Los terminales remotos de Motorola Piccolo XR, están equipados con un radio-modem UHF
banda 430-470 MHz 12,5 KHz y una placa de entrada y salidas que pueden ser de 1 Salida digital
(solenoide) y 1 Entrada digital (contador), 2 SD y 2 ED, 4 SD y 4 ED, y 1 SD y 7 ED. La envolvente de
la electrónica es una caja estanca con IP67 y va provista de un conector engomado, la dirección de
cada terminal ID viene configurada, con lo cual en ningún momento la electrónica queda al aire, ni
siquiera en el proceso de instalación en el hidrante.
Para la alimentación del terminal se propone un sistema de alimentación solar aislado, compuesto por
panel solar 6V, 2W y batería de plomo AGM sin mantenimiento 6V, 4,5 Ah.
Sistema Célula.
Dentro de una red de distribución, los hidrantes son los elementos que controlan el caudal de
entrada a las parcelas a regar. Disponen de un equipo para la medida de caudal y de una válvula de
cierre. Para el control de estas funciones el telemando CELULA, disponemos del software para el
tratamiento y monitorización de los datos.
En conjunto estos elementos nos proporcionaran un potencial, del que podemos destacar, una
tele lectura del contador de agua, modificación de manera remota de consignas, programación horaria
de acumulación, configuración de alarmas, tiempos de refresco de la información, nivel de carga de la
pila o batería, nivel de cobertura, alarma de intrusismo a la arqueta o corte de cable del emisor de
impulsos.
La Topología del sistema es de jerarquía simple, terminal remoto en el nivel bajo, Centro de
Control en nivel superior y como medio de comunicación red GSM.
Los terminales están compuestos por un equipo CELULA, con modem GSM, una antena GSM
y alimentación.
El Centro de Control, está compuesto de equipo informático, interface de comunicación y software
CELULA.
� Medio de Comunicación.
1. GPRS, es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles para la transmisión
de datos no conmutada (o por paquetes).
2. GSM, sistema global para las comunicaciones móviles, a través del cual podemos entablar
conexiones a través de llamadas de datos.
3. SMS, el intercambio de información entre centro de control y terminal se realiza en formato
texto con los 160 caracteres de un mensaje SMS.
� Centro de Control.
Aplicaciones Software, especifica adaptada a medida del cliente.
El Centro de Control está compuesto por Servidor estación de trabajo, interface de comunicación con
terminales remotos, con dos modem Siemens MC52i.
� Unidades Remotas.
Terminal remoto modular, posibilidad de funciones dataloger.
Soluciones de alimentación aisladas.
� Pilas de litio, bajas auto descargas y alto rendimiento. � Solar aisladas, solución operacional de alto uso.
• Conclusiones.
Justificación de lo implantación del telecontrol.
EI telecontrol se está implantando para contar con información verídica y en “tiempo real” del uso que
se hace del agua en el regadío. Si bien, este es el principal objetivo, según las características del
regadío o del ente gestor puede justificarse por otros motivos no menos importantes que el principal.
En riegos bien dotados, a la demanda:
� Por la progresiva disminución y alto coste de la mano de obra. � Envejecimiento de la población. � Posibilita mantener la actividad del regadío. � Permite la fijación de población. � Conservación del paisaje, etc.
En grandes Asociaciones de Beneficiarios:
� Permite la adjudicación analítica de costes vinculados al uso del agua. � Ayuda a la mejora de competitividad. � Facilita la planificación. � Facilitar la ejecución del plan de mantenimiento de la infraestructura.
En riegos infra dotados:
� Para poder optimizar el momento de disponibilidad de agua. � Posibilidad de utilización de las 24 horas del día para regar. � Cumplir el regadío sus propósitos de flexibilidad y equidad. � Permite equilibrar las condiciones de trabajo, en principio más adversas que en los regadíos
bien dotados.
Desde el punto de vista de las Administraciones del Estado:
� La aplicación de las Directivas comunitarias en materia de agua y medio ambiente, hace necesario contar con información verídica v en tiempo real del uso que se hace del agua en el regadío.
� Mejorar la calidad de vida del regante. � Incorporación al sector del regadío de las nuevas tecnologías que propician lo que se
denomina Sociedad de la Información, en un entorno tradicionalmente no tecnológico, como es
el mundo rural.
Bibliografía:
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