otimização utilizando controle preditivo multivariável em...

Otimização utilizando controle preditivo multivariável em mineração (MPC - Model Predictive Control)

Otimização utilizando controle preditivo multivariável em mineração (MPC - Model Predictive Control) | 2

Sumário Otimização utilizando controle preditivo multivariável em mineração (MPC)

n Visão geral da Rockwell Automation . . . . . . . . 3

n Otimizar sua operação de mineração . . . . . . . 5

n A instalação: Consiste de MVs, DVs e CVs . . . 6

n Um simples problema de MPC . . . . . . . . . . . . . . . 7

n O que torna o MPC diferente? . . . . . . . . . . . . . . . 8

n MPC comparado aos sistemas especialistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

n Aplicações do Pavilion8 MPC . . . . . . . . . . . . . . .11

n Britagem fina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

n Circuito de moagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

n Célula de flotação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

n Coluna de flotação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

n Espessador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

n Gestão de fluxo de material . . . . . . . . . . . . . . . .27

n Matriz de controle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

n Como o MPC gera benefícios . . . . . . . . . . . . . . .31

n Controle preditivo multivariável . . . . . . . . . . .32

n Valor em primeiro lugar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

n Suporte de nível 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

n Suporte de nível 1 e 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

n Ofertas de suporte expansíveis . . . . . . . . . . . . .36


US$6,62Bem vendas no ano fiscal de 2014

Mais de

80+países

22.000funcionários

Visão geral da Rockwell Automation

Fornecedor global líder em soluções de energia, controle e informação industrial

Atendendo os clientes há 111 anos• Inovação tecnológica

• Especialidade no domínio

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Trazendo um mundo de experiência

SOLUÇÕES PAVILION

Ajudando você a superar seus objetivos de negócio

Inovação ProdutosEspecialista

no Domínio do Conhecimento

• O mais poderoso software de modelagem preditiva da indústria

• Melhora a lucratividade dos multi-nacionais

• Oferece o mais alto ROI na indústria

• Combina tecnologia e conhecimento da aplicação

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• Repetível, mensurável e auditável

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Biocombustíveis | Otimização da energia | Ambiental | Alimentos e bebidas | Minérios, mineração e cimento | Líquidos de gás natural | Polímeros | Água e esgoto


Otimize sua operação de mineraçãoSoluções de controle preditivo multivariável

Nossos recursos de mineração auxiliam a melhorar suas operações• Reduzem a variabilidade

dos produtos• Aumentam a recuperação

do produto• Reduzem o consumo

de reagentes• Reduzem os custos com energia• Aumentam a produtividade

Impulsione suas operações para o seu potencial máximo, todos os dias, com o MPC

APLICAÇÕES• Britagem

• Moagem

• Flotação

• Espessamento

• Gestão de fluxo do material


Variáveis controladas (CVs) Variáveis de processo que precisam ser mantidas em um alvo ou dentro de uma faixa definida

Variáveis controladas com restrição (CCVs) Variáveis de processo que não devem violar limites (superior, inferior ou dentro de uma faixa)

Variáveis manipuladas (MVs) Variáveis de processo que podem ser ajustadas e que afetam as CVs (normalmente, alvo de PID)

Variáveis de distúrbio (DVs) Variáveis medidas do processo que afetam as CVs e que não são MVs

A instalação:consiste de MVs, DVs e CVs

DV = Vento, estrada

escorregadia, outros carros

MV = Acelerador

CV = Velocidade (Maximizar)

CCV = Pressão do óleo

Exemplo

CV

CCV

MV

DV


Um simples problema de MPC

OBJETIVOS Maximizar o fluxo de minério (operar nas restrições máximas)

VARIÁVEIS CONTROLADAS Taxa de produção

RESTRIÇÕES Corrente máxima da correia Peso máximo da correia

VARIÁVEIS MANIPULADAS Porta de alimentação Velocidade da correia

VARIÁVEIS DE DISTÚRBIO Densidade do material

ENTUPIMENTO

SOBRECARGA

SOBRECARGA


O que torna o MPC diferente?

PID MPC

Controlador de uma entrada – uma saída (SISO)Controlador de múltiplas entradas – múltiplas saídas (MIMO) Estratégia de controle baseada em uma abordagem centralizada Todas as variáveis são consideradas simultaneamente

Controle baseado no erro atualControle preditivo Ação do controlador baseada nos desvios atuais e antecipados da PV com relação à meta

Dificuldade para lidar com atrasos no processo, distúrbios, interações e não-linearidades

Compensa atrasos no processo, distúrbios, interações e não-linearidades

Dificuldade para lidar com tipos diferentes de distúrbios e formas de sinal de setpoint

Controle ótimo para todos os tipos de distúrbios e formas de sinal de setpoint

Dificuldade para lidar com restrições Tratamento preditivo de restrições

Limitada capacidade de otimização (maximizar ou minimizar) Capacidade de otimizar o processo (maximizar ou minimizar)

✔

✔

✔


DISTRIBUIÇÃO IGUALITÁRIA

SEM SOBRECARGA

O que torna o MPC diferente?

CONTROLE PREDITIVO

CONTROLE DIRETO DA VARIÁVEL DE QUALIDADE

MODELOS DINÂMICOS EXPLÍCITOS


MPC versus Sistemas especialistas

SISTEMAS ESPECIALISTAS MPC

Utiliza um modelo das ações do operador Utiliza um modelo do comportamento do processo

Solução baseada em regras/controle por lógica disfusa Rotina de otimização para solução baseada em controle preditivo

Ineficiente (compreensão do operador) Ótimo (sentido matemático)

Exige alta manutenção Baixa manutenção


As aplicações Pavilion8 MPC impulsionam sua infraestrutura existente para o Máxima Performance

BRITAGEM MOAGEM FLOTAÇÃO ESPESSAMENTO FLUXO DE MATERIAL

Variabilidade reduzida do

produto

Maior recuperação do produto

Consumo reduzido de

reagente

Reduz os custos com

energia

Aplicações de mineração


DESAFIOS DO CLIENTE• Controle de nível ineficiente nos britadores secundários e terciários

• Incapacidade de manter os britadores secundários e terciários cheios para maximizar a eficiência e minimizar o desgaste

• Perda de rendimento

• Paradas frequentes da linha

• Balanceamento ineficiente entre os britadores secundários e terciários

BENEFÍCIOS DO MPC• Aumenta a produção em 2%

• Aumenta a eficiência em 5%

• Diminui o desgaste do equipamento em 5%

• Retorno típico do investimento

inferior a 1 ano

Britagem fina MPC para britagem fina: Aumentar a produtividade

OBJETIVOS

• Maximizar a produção da britagem

• Manter os níveis da caixa de alimentação dentro de uma faixa

• Controlar os níveis do britador

• Manter as restrições do britador

• Manter restrições da correia


MPC para britagem fina

Variável manipulada

Variável de distúrbio

Variável controlada

Variável de restrição

MaximizarRestrição superior

Restrição inferior

Restrição superior e inferior

Alvo

MV DV CV CCV

Do 1º britador

Tela 1

2º britador de cone

Correia 2

Correia 53º britador de cone

CAIXA DE ALIMENTAÇÃO 1

CAIXA DE ALIMENTAÇÃO 2

VelocidadeMV

VelocidadeMVVelocidadeMV

VelocidadeMV

VelocidadeMVVelocidade

MV

VelocidadeMV

Nível

Nível

CV

CV

NívelCV

NívelCV

Peso, nível, velocidade, temperatura, posição, corrente

CCV

Peso, nível, velocidade, posição, corrente

CCV


CCV


CCV

Óleo TCCV

Óleo TCCV

Correia 1

Correia 4

Tela 2


Matriz de controle da britagem fina

OBJETIVOS

• Maximizar a produção da britagem• Manter os níveis da caixa de

alimentação dentro de uma faixa• Controlar os níveis do britador• Manter as restrições do britador• Manter restrições da correia

Maximizar

Restrição superior



Alvo

CV CV CV CCV CCV CCV CV CCV CV CCV CCV CCVPr

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MV Correia de alimentação do secundário com 1 velocidade X X X X X X

MV Correia de alimentação do secundário com 2 velocidades X X X

MV Velocidades do britador secundário X X X

MV Correia de alimentação do terciário com 1 velocidade X X X X X X

MV Correia de alimentação do terciário com 2 velocidades X X X

MV Velocidades do britador terciário X X X

2% de aumento na produção 5% de aumento na eficiência 5% de redução no desgaste

do equipamento


DESAFIOS DO CLIENTE• Comportamento oscilatório e desvio do alvo

• Controle ineficiente da qualidade do produto (tamanho)

• Produção reduzida devido a restrições

• Desgaste desnecessário do moinho (aço com aço)

• Moinho não opera com máxima eficiência energética

BENEFÍCIOS DO MPC• Mantém a qualidade do produto

(tamanho)

• Aumenta a produção em 2%

• Diminui a utilização de energia em 2%

• Diminui o custo de manutenção em 2%

• Retorno típico do investimento inferior a 1 ano

MPC do circuito de moagem | moagem: Aumentar a produção


OBJETIVOS

• Maximizar o enchimento do moinho semi-autogênico

• Controlar a densidade de alimentação do moinho semi-autogênico

• Controlar a densidade de alimentação do hidro-ciclone

• Controlar P80 (granulometria do produto)

• Manter nível do reservatório dentro da faixa

• Manter a pressão de entrada do hidro-ciclone abaixo dos limites

• Manter a corrente da bomba de circulação abaixo dos limites

• Manter a pressão do mancal do moinho semi-autogênico abaixo dos limites

• Manter a potência do moinho de bolas abaixo dos limites

• Manter o fluxo de reciclo de seixo abaixo dos limites

• Manter potência do moinho semi-autogênico abaixo dos limites

MPC do circuito de moagem








Alvo

MV DV CV CCV

VelocidadeMV

Alimentação água potável MV

VelocidadeMV

FluxoMV

FluxoMV

Fluxo

F80Número de Hidrociclone

Pressão

Energia

Moinho de bolas

Moinho semi-autogênico

Tanque do reservatório

Ninho de ciclones

CorrenteDensidade

Energia

CCV

DVDV

CCV

CCV

CCVCCV

CCV

Água

Britador de seixo

Densidade

Nível do reservatório

Nível

F80

Alimentação de flutuação

Água

CV

CV

CV

CV


Matriz do circuito de moagem

OBJETIVOS

• Maximizar o enchimento do moinho semi-autogênico

• Controlar a densidade de alimentação do moinho semi-autogênico

• Controlar a densidade de alimentação do hidro-ciclone

• Controlar P80 (granulometria do produto)• Manter nível do reservatório dentro da faixa• Manter a pressão de entrada do hidro-ciclone

abaixo dos limites• Manter a corrente da bomba de circulação

abaixo dos limites• Manter a pressão do mancal do moinho

semi-autogênico abaixo dos limites• Manter a potência do moinho de bolas

abaixo dos limites• Manter o fluxo de reciclo de seixo abaixo dos

limites• Manter a potência do moinho semi-

autogênico abaixo dos limites

CV CV CV CCV CCV CCV CV CCV CV CCV CCV

Ench

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MV Taxa de alimentação de minério no moinho semi-autogênico X X X X X X X X X X X

MV Taxa de alimentação de água no moinho semi-autogênico X X X X X X X X X X X

MV Taxa de alimentação de água no reservatório X X X X X X X X

MV Velocidade do moinho semi-autogênico X X X X X X X X X X

MV Velocidade da bomba de circulação X X X X X X X

DV F80 X X X X X X X X X X

DV Número de hidrociclones X X X X X

Manter a qualidade do produto (granulometria)

2% de aumento da produção2% de redução no consumo de energia

2% de redução no custo de manutenção

Maximizar




Alvo


DESAFIOS DO CLIENTE

• Controle ineficiente do teor do concentrado

• Ausência de controle de recuperação do metal

• Uso excessivo de reagentes

BENEFÍCIOS DO MPC

• Mantém o teor do concentrado para reduzir perdas de metal em 3%

• Aumenta a recuperação em 2%

• Reduz os reagentes em 3%


Flotação MPC | célula de flotação: Melhorar a eficiência e estabilidade, e reduzir o custo com reagentes


OBJETIVOS

• Controlar o teor do concentrado (pureza)

• Maximizar a recuperação metalúrgica

• Controlar o pH

• Controlar a camada da espuma

• Controlar a velocidade da bolha ou a injeção de ar

• Controlar a distribuição do tamanho da bolha (BSD) ou a área de superfície da bolha

• Manter a liberação dentro de uma faixa

MPC para célula de flotação








Alvo

MV DV CV CCV

P80DV

Graduações de minério

DV

Fluxos de alimentaçãoDV

Velocidade das bolhasCV

pHCV

Níveis de célulaCV

Graduação do concentradoCV

LiberaçãoCV

Recuperação de massa/metais

CV

Tamanho da bolhaCV

Válvulas de injeção de arMV

Fluxos de reagenteMV

FluxoMV

ModificadorMV

DepressorMV

ColetorMV

Bocal

P80 Moagem


Matriz de controle da célula de flotação

OBJETIVOS• Controlar o teor do concentrado

(pureza)• Maximizar a recuperação de metais• Controlar o pH e a camada da espuma• Controlar a velocidade da bolha ou a

injeção de ar• Controlar a distribuição do tamanho

da bolha (BSD) ou a área de superfície da bolha

• Manter a liberação dentro de uma faixa

Manter o teor de concentrado3% de redução na perda de metal3% de redução no metal fora da

especificação2% de aumento na recuperação 3% de redução nos reagentes

CV CV CV CCV CCV CCV CV

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MV Fluxo de coletor X X X X X X

MV Fluxo de depressor X X X X X X

MV Fluxo de modificador X X X X X X

MV Vazão de cauda X X X X X X

MV Fluxo de ar X X X X X X

MV Taxa de espumante X X X X X X

MV P80 - da moagem X X X X X X

DV Vazão de alimentação - moagem X X X X X X

DV Densidade da alimentação - moagem X X X X X X

Maximizar




Alvo


DESAFIOS DO CLIENTE• Controle ineficiente do teor do concentrado

• Ausência de controle de recuperação de metal

• Uso excessivo de reagentes

BENEFÍCIOS DO MPC• Mantém o teor do concentrado

para reduzir perdas de metal em 3%

• Aumenta a recuperação em 2%

• Reduz os reagentes em 3%


Coluna de flotaçãoMPC | coluna de flotação: Melhorar a eficiência e reduzir o custo com reagentes


Coluna de flotaçãoMPC


(pureza)

• Maximizar a recuperação de metais

• Controlar o pH

• Controlar a camada da espuma

• Controlar a velocidade da bolha ou a injeção de ar

• Controlar a distribuição do tamanho da bolha (BSD) ou a área de superfície da bolha

• Manter a liberação em uma faixa

• Controlar a vazão parcial (vazão de água para baixo da coluna)








Alvo

MV DV CV CCV

Fluxos de alimentaçãoDV

P80DV

Graduações de minérioDV

Velocidade das bolhasCV

pHCV Níveis das colunasCV

PolarizaçãoCV

ConcentraçãoCV

LiberaçãoCV

RecuperaçãoCV

Tamanho da bolhaCV

Fluxos de reagenteMV

FlowMV

FluxoMV

FluxoMV

FluxoMV

ArMV

Parte traseiraMV

Água potável

Bocal

Depressor

Coletor

Modificador

P80 Moagem


Matriz de controle da coluna de flotação


(pureza)• Maximizar a recuperação de metais• Controlar o pH• Controlar a camada da espuma• Controlar a velocidade da bolha ou a

injeção de ar• Controlar a distribuição do tamanho da

bolha (BSD) ou a área de superfície da bolha

• Manter a liberação em uma faixa• Controlar a vazão parcial (vazão de

água para baixo da coluna)

Manter o teor do concentrado3% de redução de perdas de metal3% de redução nos metais fora da

especificação2% de aumento na recuperação

metalúrgica 3% de redução nos reagentesCV CV CV CV CV CV CCV

Teor

do

conc

entr

ado

Recu

pera

ção

de m

etal

pH Cam

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Velo

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cie

Libe

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Bias

MV Vazão de coletor X X X X X X X

MV Vazão de depressor X X X X X X X

MV Vazão de modificador X X X X X X X

MV Vazão de cauda X X X X X X X

MV Fluxo de ar X X X X X X X X

MV Razão de espumante X X X X X X X

MV P80 – da moagem X X X X X X X

MV Vazão de água de lavagem X X X X X X X

DV Fluxo de alimentação - moagem X X X X X X X

DV Densidade da alimentação - moagem X X X X X X X

Maximizar




Alvo


DESAFIOS DO CLIENTE• Disponibilidade e custo da água potável

• Custo do reagente

• O controle convencional existente é ineficaz (longo tempo de residência, grandes distúrbios e comportamento não linear)

• Uma parada do espessador pode interromper toda a linha de produção

BENEFÍCIOS DO MPC• Aumenta a recuperação de água

em 3% (tipicamente 9 .000 m³/dia)

• Reduz o floculante em 2%

• Reduz a possibilidade de parada de emergência da alimentação


EspessadorControle preditivo multivariável (MPC)


EspessadorMPC

OBJETIVOS

• Maximizar (ou controlar) o % de sólidos (ou a densidade) da lama

• Manter o torque do braço de rodo abaixo de um limite

• Manter a amperagem da bomba de lama abaixo de um limite

• Manter o nível do leito em uma faixa

• Manter a qualidade da água (turbidez) em uma faixa








Alvo

MV DV CV CCV

Amperagem da bomba de lama

CCV

Turbidez CCV

Fluxo de alimentaçãoDV

pH da alimentaçãoDV

Densidade da alimentaçãoDV

Densidade da lama

CV

Fluxo de floculanteMV

Torque do braço de rodo

CCV

Fluxo de floculanteMV

Vazão de água


Matriz de Controle do Espessador

OBJETIVOS• Maximizar (ou controlar) a percentagem

de sólidos (ou a densidade) da lama• Manter o torque do braço de rodo

abaixo de um limite• Manter a amperagem da bomba de

lama abaixo de um limite• Manter o nível do leito em uma faixa• Manter a qualidade da água (turbidez)

em uma faixa

3% de aumento na recuperação de água

2% de redução no floculanteEvita interrupção da alimentação

CV CV CV CV CV CV

Pres

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MV Fluxo inferior da lama X X X X X X

MV Fluxo de floculante X X X X X X

DV pH da alimentação X X X X X X

DV Densidade da alimentação X X X X X X

DV Fluxo de alimentação X X X X X X

Maximizar




Alvo


DESAFIOS DO CLIENTE• Taxas de produção inconsistentes

• Perda de produção na troca de turno

• Desarmes do sistema de correias transportadoras

BENEFÍCIOS DO MPC• Maximiza o fluxo de minério

• Opera nas restrições máximas

• Minimiza as paradas de equipamento

• Amplia a vida útil do equipamento

• Minimiza as interrupções durante as trocas de turno

Gestão do fluxo de material MPC | Otimização de rota: maximização da produtividade material


Gestão de fluxo do materialMPC

OBJETIVOS

• Maximizar o fluxo de minério

• Operar nas restrições máximas

• Minimizar as paradas de equipamento

• Ampliar a vida útil do equipamento

• Minimizar as interrupções durante as trocas de turno


Matriz do controlador

O controlador inclui o modelo do processo no formato de uma matriz onde cada célula demostra as INTERAÇÕES MAIS IMPORTANTES

PREVÊ os valores futuros das CVs através do movimento de todas as MVs e DVs

CONTROLE PROATIVO para coordenar os setpoints da MV para minimizar desvios da CV com relação aos alvos, assim reduzindo a variabilidade

CV1 CV2 CV3

MV1

MV2 SEM MODELO SEM MODELO

MV3

DV1

DV2 SEM MODELO


Como o MPC gera benefícios REDUZ a variabilidade

ALCANÇA a “Obediência da planta”

GERENCIA o processo dentro de restrições

OPERAÇÃO NO PONTO ÓTIMO - opera mais próximo das especificações e dos limites de desempenho ao mesmo tempo em que mantém as margens de segurança


CONTROLE PREDITIVO MULTIVARIÁVEL

Solução para célula de flotação em mina de ferro na América Latina

PAVILON8 + VOA (ANALISADOR VIRTUAL EM LINHA) CONTROLADOR DE ESTABILIZAÇÃO E CONTROLADOR

OTIMIZADOR DE QUALIDADE E RECUPERAÇÃO

Controle avançado de processo não-linearCONTROLE DE FLOTAÇÃO

3%

REDUÇÃO na perda de produtos

e produto fora de especificação

2%MAIOR

RECUPERAÇÃO METALÚRGICA

3%

REDUÇÃO NO CONSUMO DOS REAGENTES

3% de redução de perdas de minério = 18.000 toneladas


AVALIAÇÃO • Propor e planejar

• Confirmar o valor do negócio

• Definir expectativas

• Determinar as métricas de referência

ENTREGA• Projetar, desenvolver,

implementar

• Coleta e validação de dados

• Desenvolvimento de modelo

• Desenvolvimento de aplicação

AUDITORIA• Comissionamento

• Configuração de Indicadores de Performance

• Treinamento

• Validação de desempenho

MANTER

Proposta baseada em valor

Solução baseada em valor Medir valor Valor contínuo


Suporte de nível 1

Suporte por e-mail e viva-voz por telefone

Assistência para recuperação do sistema MPC em falhas do servidor

Os lançamentos de Service-Pack proporcionam atualizações e alterações no sistema


Suporte de nível 1 e 2

Relatórios de status trimestrais do MPC Pavilion8 e resolução de problemas de aplicação APC

Base de conhecimento de suporte do Pavilion8 baseada na Web e visitas anuais no local disponíveis no MPC

Suporte por e-mail e viva-voz por telefone

Assistência para recuperação do sistema MPC em caso de falhas do servidor

Os lançamentos de Service-Pack proporcionam atualizações e alterações no sistema


Ofertas de suporte expansíveis Nível 1 Nível 2

Atulizações do Software Incluído Incluído

Suporte por e-mail e por telefone Suporte a produtos Suporte a produtos e aplicações

Recuperação de MPC a partir de falha do servidor

Recuperação assistida do sistema Recuperação completa do sistema

Suporte a aplicações 5 horas de suporte reativo (remoto)

Suporte ilimitado reativo e proativo (com disponibilidade OnSite)

Verificação e relatórios da condição do sistema

Verificação remota anual das condições do sistema

Relatório trimestral de desempenho e condições do sistema

Backups do sistema MPC Aplicações baseadas em Pavilion8

Treinamento de atualização Disponibilidade remota ou no local da instalação

Nossos serviços de valor sustentável ajudam a manter o seu investimento

Pavilion, Pavilion8, PlantPAx, Integrated Architecture, Listen. Think. Solve., são marcas comerciais da Rockwell Automation, Inc. Todas as outras marcas comerciais não pertencentes à Rockwell Automation são de propriedade de suas respectivas empresas.

Rockwell Automation, Inc . (NYSE:ROK), a maior empresa do mundo especializada em automação industrial, aumenta a produtividade de seus clientes mais produtivos e contribui para a sustentabilidade global . Em todo o mundo, nossas principais marcas de produtos Allen-Bradley® e Rockwell Software® são reconhecidas pela inovação e excelência .

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