SIPROTEC DigitalTwin Virtuelles Testen von SIPROTEC 5- Schutzgeräten

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SIPROTEC DigitalTwin

Virtuelles Testen von SIPROTEC 5- Schutzgeräten

www.siemens.com/siprotec-digitaltwin Frei verwendbar © Siemens 2020

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Frei verwendbar © Siemens 2019 März 20

Seite 2 Energy Automation Products

SIPROTEC DigitalTwin

• Einführung

• Produktdetails

• Kundenfeedbacks und Vorteile

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Frei verwendbar © Siemens 2019

Markt – Wichtige Faktoren, die die

Revolution der Energiesysteme vorantreiben …

Prosumenten- orientierte Energiewelt

Dekarbonisierung

“Die ganze Welt“ - Schwankende Einspeisungen – e-Mobilität

CO2 Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien Steigt zwischen 2010 und 2030 um über 300%

Anteil der erneuerbaren Energien steigt bis 2030 auf 40%

Dezentralisierung

Dezentrale Erzeugung – Microgrids - Energieautonomie Neuinstallation dezentraler Energieerzeugung Steigt zwischen 2010 und 2030 um über 150%

Anteil der Ausschüttung steigt auf 67% im Jahr 2030

Digitalisierung

Connectivity – Edge Computing – End-to-end

Große Industrieunternehmen werden virtuelle Avatare verwenden

Bis 2021 wird die Hälfte der großen

Industrieunternehmen virtuelle Avatare einsetzen, was zu Produktivitätssteigerungen von bis zu 10% führt.

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“Digital Twin” –

Eine virtuelle Kopie eines physikalischen Assets

• Der digitale Zwilling integriert alle Daten, Modelle und andere Informationen eines physikalischen Objekts, die bei der Planung, Inbetriebnahme, dem Betrieb oder dem Service anfallen.

• Die Rolle des digitalen Zwillings besteht darin, die Leistung eines physikalischen Assets vorherzusagen und zu optimieren (sei es für Design, Produktion oder Betrieb). Zu diesem Zweck verwenden wir Simulationsmethoden und/oder datenbasierte Methoden.

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Sieben Elemente der Digitalisierung –

Digital Twin verbindet die physikalische und die virtuelle

Welt

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SIPROTEC DigitalTwin –

Digitalisierung trifft auf Energie

Cloud basierende Applikationen für SIPROTEC

2018

SIPROTEC 5 Prozessbus und digitale Stationen

2015

2011

SIPROTEC 5 Benchmark für Schutz,

Automatisierung und Steuerung

2017

SIPROTEC 5 IoT Schnittstelle zur zur MindSphere

2019

Mehr als 1.6 Millionen installierte Geräte

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Herausforderungen für den Kunden

Ausfall Management

Agilität und Flexibilität Zeit und Kosten

Schulung und Wartung

• Validierung neuer Produkte,

• Umsetzung neuer Schutzkonzepte,

• Fehleranalyse sehr komplex

• Kurze Projektlaufzeiten und schnelle Zuschaltungen (green field)

• Kurze Abschaltzeigen (geplant & ungeplant)

• Anlagenerweiterungen und Upgrades (brown field)

• Hohe Schulungskosten

• Kosten und Pflege von Testgeräten,

• Effektivere Wartung mit weniger Personal

• Komplexität der Schutzsysteme,

• Zeitaufwendige Implementierungen

• Erheblicher Aufwand für Tests und Inbetriebnahme

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SIPROTEC DigitalTwin –

Wertschöpfung durch Digitalisierung

… in Minuten

… ohne Hardware

… ohne Zusatzaufwand Ein digitaler Zwilling

Ihres SIPROTEC 5 Gerätes

Individuell simuliert und testet Ihre SIPROTEC 5 Projektdaten in der

Cloud …

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SIPROTEC DigitalTwin

Einfach erklärt in einem drei Minuten Tutorial …

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Unsere Lösung –

SIPROTEC DigitalTwin

Virtuelles Testen von SIPROTEC 5-Schutzgeräten in der Cloud

Mit dem SIPROTEC DigitalTwin können Sie Ihr technisches Energieautomationssystem in der Cloud testen, parallel oder vor dem Einrichten der realen Hardware.

Es verkürzt Ihre Betriebszeit erheblich.

Alle zu prüfenden Geräte aus einem Feld oder einer kompletten Umspannstation sind praktisch in wenigen Minuten eingerichtet!

3 Schritte zum Erfolg

• Hochladen Ihrer Engineeringdaten und Ihrer Testfälle

• Simulieren und Testen Ihres Automatisierungssystems in der Cloud

• Testberichte Ihres Systems

_SIPROTEC

DigitalTwin

Geringere Gesamtbetriebskosten

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Presales und Design

• Information und Vorstellung

• Applikationskonzepte und Tests

• Design Spezifikation

• Gerätezulassungen

Implementierung

• Planung

• Algorithmen

• Einstellungen

• Vorprüfung

Inbetriebsetzung

• FAT

• SAT, Feldtests

• Fehleranalyse

Betrieb

• Gerätehandhabung

• COMTRADE Replay

Schulung

• Gerätehandhabung

• Bedienpersonal

• Kundenspezifisch

• Flexibel an jedem Ort

Wartung und Service

• Fehleranalyse

• COMTRADE Replay

• Upgrade Szenarien

Spart Zeit und erhöht die Qualität während

der gesamten Lebensdauer ihres Systems

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SIPROTEC DigitalTwin Anwendungsszenarien

Leitstelle

Stations Ebene

Feld Ebene

Prozess Ebene

Integration in SICAM Systemen

Stationsauto matisierung

SICAM SCC

Visualisierung

System SICAM

PQS

Power Quality Analyze

DIGSI Firewall

Stationsbus

Kommunikation

Testen den Wirkschnittstelle

DIGSI 5 Online Testing SICAM

PAS

Prozesssimulation Testen der Geräte Training der Geräte

Testen von GOOSE

SIPROTEC DigitalTwin

Fernstation

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Kundennutzen

Testen des Energieautomatisierungssystems in Minuten, ohne Hardware, ohne Zeitaufwand und das ortsunabhängig rund um die Uhr

• Simulation und Validierung von Produkteigenschaften

• Schnellere Zuschaltung neuer Systeme dank kürzerer Projektlaufzeiten

• Steigerung der Engineeringqualität

• Virtuelle Prüfung vor Beginn der Inbetriebnahme

• Kürzeste Inbetriebsetzungszeiten

• Reduzierte OPEX mit kürzeren Ausfällen sorgen für höhere Verfügbarkeit dank besserer Vorprüfung

• Effiziente, skalierbare, praxisorientierte Schulungen

• Schnelle und realistische Fehleranalyse durch einfache Reproduzierbarkeit des Verhaltens von Produkten und Systemen

Ausfall management Agilität und Flexibilität

Zeit und Kosten Schulung und

Wartung

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Produktdetails

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Dokumentation

• Test-Berichte

• Puffereinträge

DIGSI 5 Online Testen und Web Browser

• Online CFC Debugging

• Download von Puffereinträgen und Störschrieben

• Testsequenzen

• Plug & Play

Kommunikationsschnittstellen

• IEC 61850

• IEC 60870-5-104

• DNP3 TCP, Modbus TCP

• Wirkschnittstelle

Energieautomatisierungs- system

• SICAM A8000

• SICAM PAS, SCC and PQS

• Fremdstationsleitsysteme

• Verriegelung via GOOSE

2

3

4 1

6

5

SIPROTEC DigitalTwin innerhalb des Energieautomatisierungssystems

Visualisieren und Interaktion mit dem simulierten Gerät

• Gerätebedienung

• Analogwerte

• Binäre Ein- und Ausgänge

• LEDs

Fehleranalyse

• COMTRADE Replay

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Zugriff auf den SIPROTEC DigitalTwin in nur 5 Schritten

DIGSI 5 Projekt öffnen

1 Export der SIM Datei

2 Verbindung zur Cloud

3 Import der SIM Datei

4 SIPROTEC DigitalTwin

5

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Login zum SIPROTEC DigitalTwin

https://www.siprotec-digitaltwin.siemens.com

Unterstützt alle gängige

Webbrowser

3

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Importieren der SIM Konfigurationsdatei aus DIGSI

• Einfügen mehrere Geräte durch importieren der SIM Dateien

• SIM Dateien können aktualisiert oder überschrieben werden

• SIM Dateien enthalten TEAX-Dateien für die Anzeige von Texten von binären Ein-/Ausgängen und LEDs

4

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Simulieren eines SIPROTEC 5 Gerätes

• Wähle das zu simulierende Gerät aus

• Aktiviere den Simulationsmodus

• Das Gerät wird erkannt durch

• Gerätename

• Produkt Code

• IP Adresse

• Datum und Zeit des Datenimportes

4

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Visualisieren und Interagieren mit dem simulierten Gerät – Gerätebedienung

• Geräteansicht

• Bedienung über SIPROTEC 5 Bedienoberfläche

• Testen aller Schutzfunktion

• Testen der Automatisierungsfunktionen (CFC)

• Interaktion mehrerer Geräte

5

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Visualisieren und Interagieren mit dem simulierten Gerät – Analogwerte

• Einspielen von Prozessdaten (I/U)

• Setzen gleicher Amplituden für 3 Phasen

• Setzen symmetrischer Phasen

• Automatische Berechnung von I4 und U4

• Definition von binären und analogen Profilen

5

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Visualisieren und Interagieren mit dem simulierten Gerät – Binäre Ein- und Ausgänge

• Übersicht über alle verfügbaren Ein- und Ausgänge

• Statusanzeige von Ein-, Ausgängen und Life Kontakt

• Setzen der Eingänge

• Definition von binären und analogen Profilen

• Bezeichnung gemäß DIGSI 5 z.B. BA 3.2

• Anzeige von Texten von binären Ein- /Ausgängen, LEDs

• Ausgrauen von ungenutzten binären Ausgängen

5

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Virtuelle Verdrahtung zwischen simulierten Geräten

• Virtuelle Verdrahtung zwischen binären Aus- und Eingängen

• Zuordnung von einem Binärausgang zu eine oder mehreren Binäreingängen vom Gleichen oder mehreren Geräten

• Geschlossener Regelkreis für die gleiche simulierte Vorrichtung (z.B. für das

grundlegende Verhalten einer Primäranlage)

• Verkabelung zwischen mehreren Geräten

• Matrixübersicht der konfigurierten Verdrahtung zwischen den Geräten

5

Beispiel eines Betriebsprotokolls für die Anwendung von Prüfsteuerungen (über die Frontanzeige oder über IEC 61850 MMS) basierend auf einer virtuellen Verkabelung mit geschlossenem Regelkreis auf demselben Gerät.

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Comtrade Replay

5

• Standard COMTRADE Dateien (1999, 2013) können:

• Hochgeladen,

• zu binär-, Spannungs oder Stromeingängen einer oder mehrerer simulierter Geräte

zugeordnet und

• in den Geräte(n) wieder gegeben werden

• COMTRADE Dateien von :

• Realen Schutzgeräten (Fehleranalyse)

• Testtool (PSS SINCAL, RTDS, Omicron Test Universe, etc.)

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Dokumentation

• Test-Berichte

• Puffereinträge

DIGSI 5 Online Testen und Web Browser

• Testsequenzen

• Plug & Play

Kommunikationsschnittstellen

• IEC 61850

• IEC 60870-5-104

• Wirkschnittstelle

Energieautomatisierungs- system

• SICAM A8000

• SICAM PAS, SCC and PQS

• Fremdstationsleitsysteme

• Verriegelung via GOOSE

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3

4 1

6

5

SIPROTEC DigitalTwin innerhalb des Energieautomatisierungssystems

Visualisieren und Interaktion mit dem simulierten Gerät

• Gerätebedienung

• Analogwerte

• Binäre Ein- und Ausgänge

• LEDs

Fehleranalyse

• COMTRADE Replay

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DIGSI 5 Online Testing

Steuerfunktionen Schutzfunktionen

Verdrahtung

• Test und Diagnosefunktionen

• Test Sequenzen

• Plug & Play

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Web Browser

Überwachung

• Geräteinformation

• Einstellungen

• Messwerte

• Logs

Download von

• Logs als CSV oder COMFEDE Datei

Sicherheit

• https Verbindung

• Zugriff je Port definierbar

• Rollenbasierte Zugriffskontrolle (RBAC)

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Kommunikationsschnittstellen

Kommunikationsschnittstellen …

• IEC 61850

• IEC 60870-5-104

Schutzdatenkommunikation

• Aufbau der Kommunikation

• Testen des Differentialschutzes

• Übertragung von Meldungen

PMU

VPN

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Integration in Energieautomatisierungssysteme

Integration in Stationsautomatisierungssysteme

• SICAM A8000

• SICAM PAS

• SICAM PQS

• SICAM SCC

• Fremdleitsysteme

IEC 61850 GOOSE Simulation

• IEC 61850 Kommunikation

• Nachrichten über die GOOSE Kommunikation

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Fehleranalyse

• COMTRADE Replay

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Kundenfeedbacks und

Vorteile

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Kundenfeedbacks und Vorteile –

Was Kunden über den SIROTEC DigitalTwin sagen …

5

Als Schulungsteilnehmer kann ich immer mit dem exakt richtigen Gerät arbeiten, das für meine Anwendung passt.

1

Meinen Kunden kann ich mit dem SIPROTEC DigitalTwin die

Geräte in der genau passenden Ausführung vorführen ohne Geräte vor Ort zu haben.

6

Als Servicetechniker kann ich mir im Falle einer Netzstörung die genauen Daten des Feldes über DIGSI 5 auslesen und dann von meinen Büro aus mit der exakt identischen Hardware testen und analysieren. Das macht es angenehm und effizient.

1

Als EPC kann ich mein komplettes Stationsautomatisierungssystem planen, engineeren und testen, ohne auch nur ein Gerät vorab

bestellen zu müssen. Sobald alles steht, bestelle ich termingerecht die genau passenden Geräte direkt auf die Anlage. Das bringt mir Sicherheit und spart Geld.

2 3

Pre-Sales und Design 1

Implementierung 2

Inbetriebsetzung 3

Betrieb 4

Schulung 5

Wartung und Service

6

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Kundenfeedbacks und Vorteile –

Was Kunden über den SIROTEC DigitalTwin sagen …

2

Bei der Erstellung von Automatisierungsfunktionen (CFC) kann ich diese sofort mit dem exakt passenden Gerät austesten. Besonders hilfreich ist auch die Simulation der Prozesssignale und die Einbeziehung der

GOOSE Informationen.

1

Im Rahmen von Genehmigung von Gerätetypen kann ich die gesamten Tests mit dem SIPROTEC DigitalTwin ausführen ohne Geräte vor Ort zu haben und diese Verdrahten zu müssen. Einen abschließenden, kurzen Test mache ich dann noch an einem realen Gerät.

3

Die Inbetriebnahme der Anlage kann ich viel schneller umsetzen, da die Geräteparametrierung und die Einbindung in die Stationsautomatisierung bereits getestet sind. Dadurch sparen wir Zeit und Geld und können die Anlage schnell wieder in Betrieb setzen.

2

3

Als Inbetriebsetzer bin ich sehr viel unterwegs und habe nicht immer die passende Hardware dabei. Mit dem SIPROTEC DigitalTwin kann ich von überall ganz einfach mit DIGIS 5 und Internetzugang das komplette

Engineering testen

6 Pre-Sales und Design 1

Implementierung 2

Inbetriebsetzung 3

Betrieb 4

Schulung 5

Wartung und Service

6

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Kundenfeedbacks und Vorteile –

Was Kunden über den SIROTEC DigitalTwin sagen …

3

Gerade beim Test und der Inbetriebnahme von Leitungsdifferential-

anwendungen befinden sich die Geräte und Anlage oft weit voneinander entfernt. Die IBS erfordert viel Zeit und Personal. Mit dem SIPROTEC DigitalTwin kann ich diese sehr einfach komplett im Vorfeld vom Büro aus testen. Auch der Test der Wirkschnittstelle und der Meldungen funktioniert sehr einfach.

2

Die Einbindung und der Test der Schutzgeräte in die Stationsautomatisierung mit Anlagenverriegelung und Schnittstelle war bis heute sehr aufwändig. Mit dem SIPROTEC 5 DigitalTwin geht es viel einfacher und günstiger bereits im Vorfeld in der Engineering-Abteilung ohne Geräte.

2

Wir als Schaltanlagenbauer bestellen die SIPROTEC 5 Geräte immer termingerecht für den Einbau in die Schaltanlage. Zur Kosteneinsparung integrieren wir immer mehr Automatisierungsfunktionen in die Geräte.

Mit dem SIPROTEC 5 DigitalTwin können wir die Parametrierung und insbesondere die Automatisierung bereits im Vorfeld im Büro, ohne die HW überprüfen. In der Anlage genügt dann ein kurzer finaler Test.

3 Pre-Sales und Design 1

Implementierung 2

Inbetriebsetzung 3

Betrieb 4

Schulung 5

Wartung und Service

6

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Kundenvorteile

Testen des Energieautomatisierungssystems in Minuten, ohne Hardware, ohne Zeitaufwand und das ortsunabhängig rund um die Uhr

• Simulation und Validierung von Produkteigenschaften

• Schnellere Zuschaltung neuer Systeme dank kürzerer Projektlaufzeiten

• Steigerung der Engineeringqualität

• Virtuelle Prüfung vor Beginn der Inbetriebnahme

• Kürzeste Inbetriebsetzungszeiten

• Reduzierte OPEX mit kürzeren Ausfällen sorgen für höhere Verfügbarkeit dank besserer Vorprüfung

• Effiziente, skalierbare, praxisorientierte Schulungen

• Schnelle und realistische Fehleranalyse durch einfache Reproduzierbarkeit des Verhaltens von Produkten und Systemen

Ausfall management Agilität und Flexibilität

Zeit und Kosten Schulung und

Wartung

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Schnellere

Projektabwicklung

Virtuelle Inbetriebnahme beschleunigt die Projektphase – Parallelisierung von Engineering und Hardware

Minimale

Ausfallzeiten des Systems

Schnellere

Anlageninterventionen und Systemaktivierung durch optimale Vorbereitung für Greenfield, Änderungen oder Erweiterungen des Systems

Engineering - Empfehlungen

Konfigurationshinweise

Schulungen

• Skalierbare Schulungen

• Kundenorientierte Tests

• Fernschulungen (Refresher)

• Geringere Investitionen in das Testlabor

Immer auf dem neuesten Stand

• Geringere Barrieren durch die kostengünstige Vorprüfung er neuesten Updates (verbessert und sicherer)

• Bereitstellungskomfort:

Funktionserweiterungen/Updates auf zentralisiertem Cloud-Server

Agilität und Produktivität

• Schnellere Vorverkaufszeiten für Werbung und Abklärungen

• Weniger Logistik und Verkabelung

• Besserer After-Sales Support mit COMTRADE Replay

• Reduzierte Fehlerkosten bei der Systemintegration

Kundenvorteile –

Geringere Gesamtbetriebskosten

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Skalierbarkeit

¹

Rechenleistung für laufende Umspannwerke¹

Datenschutz

Kernaspekt beim Lösungsdesign

Zahlung nach Bedarf

¹

Beginnend mit Jahresverträgen, Optionen für andere Abrechnungen

Immer auf dem neuesten Stand

• Bereitstellungskomfort:

Funktionserweiterungen/Updates auf dezentralisiertem Cloud-Server

→kein SW-Freeze

• Kontinuierliche Verbesserungen

→keine Wartezeiten auf längere Release-Zyklen (z.B. > 6 Monate)

Zugriff von überall

• Fernschulungen (Refresher)

• Geringere Investitionen

Keine IT Einschränkungen

• Standard HTTPS Verbindung

→Keine Probleme Firewall

• Keine Einschränkungen für das Betriebssystem

(Version, 64bit Verfügbarkeit, erhöhter Arbeitsspeicher …)

Kundenvorteile –

Cloud Anwendungen

1zukunftssicher

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Zusammenfassung

Der SIPROTEC DigitalTwin hat den großen Vorteil, dass Sie immer das benötigte Schutzgerät in Ihrer Tasche haben.

Hans Kristian Muggerud

Technical Supervisor, Norwegen SIPROTEC DigitalTwin –

Virtuelles Testen von SIPROTEC 5-Schutzgeräten in der Cloud

Virtual Testing of SIPROTEC 5 Protection Devices in the Cloud

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Disclaimer!

Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Die Informationen in diesem Dokument enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden.

Alle Erzeugnisbezeichnungen können geschützte Marken oder sonstige Rechte des Siemens Konzerns oder Dritter enthalten, deren unbefugte Benutzung die Rechte der Inhaber verletzen kann.

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