[월간 무인화기술 12월호]
Special Report 자동화업체들의 포장 솔루션 시장전략
“모듈형 컴포넌트를 이용하는 혁신적인 기계 개념이야말로
점점 복잡해지는 고객의 요구를 충족시킬 수 있어”
지멘스는 최적 패키징 라인(Optimized Packaging Line; OPL) 솔루션으로
고객의 모든 문제에 대한 해법을 제시
지멘스 임병욱 차장
- 패키징 솔루션과 관련된 지멘스의 제품 포트폴리오는 어떻게 되나.
▲패키징에 관련된 지멘스의 제품 포트폴리오는 모션 컨트롤과 표준 드라이브, 고성능 서보 드라이브로 구성이 된다.
우선 모션 컨트롤 제품군에는 콤팩트 솔루션 SIMOTION D와 모듈형 솔루션 SIMOTION C, 개방형 솔루션 SIMOTION P가 있다.
콤팩트 솔루션 SIMOTION D는 드라이브에 직접 결합이 되는 것이 특징이다. SIMOTION D는 제어모듈로 SINAMICS S120에 직접 통합이 되며, 이는 공간을 절약할 뿐만 아니라 해당 시스템이 뛰어난 응답 속도를 발휘한다는 장점을 제공한다.
SIMOTION D는 기계 설계상 크게 두 가지 버전으로 구분된다. SIMOTION D410은 단축 제어 시스템이며, 다양한 성능레벨을 지원하는 다축 제어 시스템으로는 SIMOTION D425/ D435/ D445 등이 출시되어 있다.
이렇듯 다양한 버전은 최고 수준의 확장성과 유연함을 보장한다. 즉, 모션 제어 및 테크놀로지 기능과 아울러 PLC와 폐 루프 드라이브 제어장치 등을 단일한 소형 모듈에 통합함으로써, 모션 시퀀스는 물론 기계 전체를 제어할 수 있는 셈이다.
해당 SIMOTION D 버전에 따라, SIMATIC HMI 장치들은 시각화 및 오퍼레이터 제어 목적으로 PROFIBUS, PROFINET 또는 Ethernet과 연결될 수 있다. PROFIBUS 내지 PROFINET은 분산 I/O 장치를 연결하는 데 사용된다.
한편, 폭넓은 애플리케이션을 고려한 모듈형 솔루션 SIMOTION C는 아날로그 및 스태핑 드라이브용 내장 인터페이스 4개와 함께 다수의 디지털 입·출력 단자를 지원한다. SIMOTION C는 기계설계상 S7-300 디자인으로 출시된 매우 유연한 컨트롤러 제품이다. SIMOTION C230-2/C240 모델은 SIMATIC S7-300 제품군의 I/O 모듈을 사용하여 확장될 수 있다. PROFIdrive 및 산업용 Ethernet 접속을 지원하는 두 개의 PROFIBUS 포트를 갖추고 있어, 기계의 다른 컴포넌트들과의 완벽한 통신을 보장한다.
분산 아키텍처를 지원하여, 드라이브 및 I/O 장치들이 PROFIBUS를 통해 연결될 수 있다. 또한 PROFIBUS는(예를 들어, SIMATIC HMI 제품군의)오퍼레이터 디바이스, 또는 SIMATIC S7 등의 상위수준의 제어장치들과의 통신이 가능하다. SIMATIC HMI 패널을 비롯하여 ProTool/ProTool Pro, WinCC flexible 또는 OPC 인터페이스를 탑재한 PC도 오퍼레이터 시스템으로 사용이 가능하다.
모션 컨트롤 제품군의 세 번째는 PC 기반 작업을 위한 개방형 솔루션인 SIMOTION P다. 최신 Intel 테크놀로지에 기반하여, SIMOTION P350은 SIMOTION용 실시간 확장기능을 구비한 Windows XP 운영체계로 작동한다. 이는 SIMOTION P350이(가령, 폐 루프 포지션 및 압력제어를 수반한 유압식 애플리케이션용 고속 제어루프 등) 최상의 성능 요건을 충족할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 SIMOTION 애플리케이션 외에, 기타 PC 애플리케이션들도 동시에 처리할 수 있다. 이 산업용 PC 제품은 다양한 크기의 스크린을 장착한 각종 패널 버전으로 제공되며, 키보드, 마우스 또는 터치스크린으로 제어한다. 해당 드라이브들은 PROFIdrive를 적용한 PROFIBUS DP/ PROFINET을 통해 분산 연결된다.
한편, 지멘스의 표준 드라이브 제품군에는 SINAMICS G120을 비롯해서 SINAMICS G120D가 있다.
우선, SINAMICS G120은 제어 패널 상에서 실행하기 위한 IP20 보호등급의 범용 드라이로서, 초기에는 산업과 일반 상업 분야에서의 펌프, 팬, 송풍장치, 압축기, 그리고 컨베이어 시스템 등의 제어를 위해 개발됐다.
이 SINAMICS G120은 V/F 제어 또는 벡터 제어(센서리스 벡터 제어 포함)를 이용하여 0.37kW~250kW의 출력 범위를 가진 삼상 유도 전동기의 가변 속도 제어가 가능하며, 토크 제어 역시 가능하다. 드라이브와 관련된 센서와 구동장치의 연결과 처리를 위한 디지털 입력/출력 단자를 탑재하고 있으며, PROFIBUS DP, PROFINET의 추가적인 통신이 가능하고, 조밀하면서 공간 절약형 설계로 되어 있다. 회생 에너지 제어를 통한 높은 에너지 효율을 실현하며, EMC 필터와 제동 유닛 탑재하고 있고 과열 보호 기능을 지닌다. 방열판에 의한 냉각과 강제 냉각 팬을 탑재하고 있으며, 높은 펄스 주파수에 의한 전기 소음을 감소시킨다.
STO, SS1, SLS 그리고 SBC는 통합 안전 기능으로서 사용이 가능하다. SS1과 SLS 기능은 엔코더를 필요로 하지 않으며, PROFIBUS DP 혹은 PROFINET을 통한 안전 기능의 제어는 PROFIsafe 프로필을 이용함으로써 가능하다. 이와 같이, 안전 기능은 고장-안전 입력의 탑재를 통하여 제어할 수 있다. 통합 안전 기능은 EN 954-1, Category 3, IEC 61508 SIL2 그리고 EN ISO 13849-1 PLd와 관련하여 인증을 받았다.
또 분산 제어를 위한 높은 보호등급을 가진 0.37kW~7.5kW의 단일 드라이브를 위한 범용 드라이브 SINAMICS G120D는 분산 제어를 위해 보호등급 IP65의 범용 드라이브다. 주된 사용 분야는 자동차, 공항 물류, 분산 물류/육상 모노레일 컨베이어, 식 음료 분야 등의 컨베이어 시스템이다.
이 SINAMICS G120D는 V/F 제어 또는 벡터 제어(센서리스 벡터 제어 포함)를 이용하여 0.75kW~7.5kW의 출력 범위를 가진 삼상 유도 전동기의 가변 속도 제어가 가능하며, 드라이브와 관련된 센서와 구동 장치의 연결과 처리를 위한 디지털 입력/출력 단자를 탑재하고 있다.
PROFIBUS DP 및 PROFINET의 추가적인 통신이 지원되며, 조밀하고, 공간 절약형 설계로 되어있고, 에너지 회생을 통한 높은 에너지 효율을 실현한다. 대류(0.75kW~3kW) 또는 내장 팬(~4kW)을 이용한 냉각 방식을 채택하고 있으며, EMC 필터 및 제동 유닛을 탑재, 과열 보호 기능을 지닌다.
STO, SS1, SLS 그리고 SBC는 통합 안전 기능으로서 사용할 수 있다. SS1과 SLS 기능은 엔코더가 필요하지 않다. PROFIBUS DP 혹은 PROFINET을 통한 안전 기능의 제어는 PROFIsafe 프로필을 이용함으로써 가능하다. 이와 같이, 안전 기능은 고장-안전 입력의 탑재를 통하여 제어할 수 있다. 통합 안전 기능은 EN 954-1, Category 3, IEC 61508 SIL2 그리고 EN ISO 13849-1 PLd와 관련하여 인증을 받았다.
또 고성능 서보 드라이브 제품군에는 SINAMICS S110과 SINAMICS S120이 있다.
SINAMICS S110은 동기 서보 모터나 유도 전동기를 사용하는 간단한 위치 제어의 경우에 적합한 서보 드라이브로서, 동기 서보 모터의 위치 제어, 그리고 0.12kW~90kW 출력 범위의 유도 전동기를 제어할 수 있다.
회전, 선형축의 위치 제어와 Point-to-point 위치 제어, 단순 교차 프로파일, Flying 위치 제어, 상대적 교차 진행, 절대 위치 제어, Jerk limitation 위치 제어가 가능하며, STO, SOS, SS1, SS2, SLS, SSM 그리고 SBC는 통합 안전 기능으로서 사용할 수 있다. 안전 관련된 신호들은 Fail-safe를 탑재한 입력/출력 단자 또는 PROFIsafe 프로파일을 이용하는 PROFIBUS를 통해 전송이 가능하다.
SINAMICS S110은 장비 운용, 공급, 설비 제거를 비롯해서, 물건 적재/기계 조립, 실험실의 자동화, 금속가공/ 목재/ 유리/ 세라믹 산업, 인쇄 기계, 로터리 테이블/ 위치 제어, 데스트 베이, 태양열 판 추적 장비 등에 적합하다.
만약 SINAMICS S110 전원 용량이나 기능이 애플리케이션을 위해 증가되어야 한다면, SINAMICS S120시스템으로 쉽게 변경 적용이 가능하다.
SINAMICS S120은 단축, 다축 애플리케이션의 고성능 작업을 위한 드라이브 시스템으로서, 0.12kW~4500kW의 출력 범위의 다양한 버전의 단축과 다축 애플리케이션을 위해 서로 혼용이 가능하다.
V/F 제어, 벡터 제어, 서보 제어 등 제어 방법이 다양하며, 직접 구동 전동기(토크 모터, 선형 모터)가 포함된 동기모터, 유도전동기의 구동이 가능하다. 간단한 위치 제어 기능, 통합 제어 로직, 수치 기능 등 포괄적인 기능 범위로 SIMOTION 제어 시스템과 함께 사용하여, 기계장치와 시스템은 동기화, 동적 동작, 성능이 요구되는 경우에도 완전한 자동화가 가능하다.
공기, 액체, 그리고 방열판을 이용한 방식 등 다양한 냉각 방식과 Basic Line Module (unregulated infeed) 및 Smart Line Module(unregulated infeed and feedback), Active Line Module (regulated infeed and feedback) 등 다양한 입력 정류 방식을 갖추고 있다.
이러한 다양성과 확장성 때문에, SINAMICS S120에 기초하는 드라이브 솔루션은 기계작업과 엔지니어링의 거의 모든 모션 컨트롤 애플리케이션에 적용할 수 있다.
STO, SOS, SS1, SS2, SLS, SSM 그리고 SBC는 통합 안전 기능으로써 사용이 가능하고, 안전 관련된 신호들은 Fail-safe를 탑재한 입력/출력 또는 PROFIsafe 프로파일을 이용하는 PROFIBUS를 통해 전송이 가능하다.
-패키징 솔루션과 관련된 지멘스의 비즈니스 영역은 어떻게 되나.
▲지멘스의 패키징 솔루션의 비즈니스 영역은 에너지 효율 분야, OPL을 이용한 엔지니어링 솔루션 분야, 식음료, 제약/화장품, 담배기계 분야 등의 Converting, Labeling, Blister, Forming, Filling, Sealing, Palletizing, Tubular Bags, Wrapping, Strapping, Pick & Place 등이 있다.
지멘스 솔루션이 적용된 포장라인
-지멘스 패키징 솔루션이 고객에게 제공할 수 있는 이점은 무엇인가.
▲현대의 패키징 기계와 패키징 라인은 매우 다양한 활용성을 가지며, 최대의 융통성으로 높은 처리량을 제공해야 한다. 모듈형 컴포넌트를 이용하는 혁신적인 기계 개념이야말로 이처럼 점점 복잡해지는 고객의 요구를 충족시킬 수 있는 솔루션이다.
동시에, 시장에서는 총 소유 비용의 감소, 장기적인 투자 안전성 증가, 그리고 OMAC처럼 인터페이스의 최적화 같은 트렌드를 목격할 수 있다. 뿐만 아니라 저장 비용과 통합 위험도 최소화해야 한다.
지멘스는 최적 패키징 라인(Optimized Packaging Line; OPL) 솔루션으로 이 모든 문제에 대한 해법을 제시한다. 통합 안전 기술에 기초한 지멘스의 혁신적인 개념으로 패키징 기계 및 패키징 라인의 엔드-투-엔드 자동화가 가능하다.
표준화된 인터페이스, 소프트웨어 모듈, 하드웨어 컴포넌트는 다양한 이점을 가지고 있다. OPL 솔루션을 통해, 높은 혁신 잠재력을 가진 솔루션의 신속하고 단순하며 경제적인 구현을 위한 전제 조건, 즉 다시 말해 공장 전체의 표준화를 통하여 비용 효율적이고 융통성 있는 기계 혁신과 제품 출시 시간의 단축이 가능하다.
-생산성 및 사용상의 편의, Cost 등과 관련해 지멘스가 고객에게 제공할 수 있는 이점으로는 어떤 것이 있나.
▲매우 적은 컴포넌트로 인한 이점과 표준화 및 개방 소프트웨어 구조로 인한 이점, 최적화된 인터페이스로 인한 이점, 고객 적합성, 파트너십의 이점으로 나누어 설명할 수 있다.
우선, 매우 적은 컴포넌트로 인한 이점에 대해 설명하면, 잘 조합된 컴포넌트를 최적으로 선택함으로써 컴포넌트 개수가 감소한다. 이것은 비용과 복잡성의 감소를 의미한다. 이제 다른 기계 사용자들과 대동소이한 기계 개념을 사용할 수 있기 때문에 제안서 제출, 구매, 물류, 지원 등이 모두 단순해진다. 또한, 더 줄어든 플랫폼 덕분에, 교육 및 매뉴얼 제작, 전문가 제공, 전문 지식의 보호를 위한 노력도 크게 감소한다.
두 번째 표준화 및 개방 소프트웨어 구조로 인한 이점에 대해 설명하면, OMAC 또는 PROFINET 여부-최적 패키징 라인(OPL)-는 언제나 국제 표준에 기초한다. 개방 및 표준화된 소프트웨어 구조는 모듈형 기계의 유연한 조립뿐만 아니라 기계 출시 시간 단축을 가능하게 한다. 이는 오늘날과의 경쟁 사회에서는 확실한 이점이다. 지멘스의 소프트웨어 Toolbox에는 오로지 검증된 라이브러리만이 포함되어 있으므로, 엔지니어링 노력과 비용도 절감할 수 있다. 따라서 기계 혁신을 위한 시간이 생긴다. 결과적으로 최적의 가격에 최고의 서비스가 가능하다.
세 번째 최적화된 인터페이스로 인한 이점이다. 모든 인터페이스가 최적화되어 있으므로 더 짧은 시간에 더 유연한 기계를 구현하는 것이 가능하다. 그런 다음에 이렇게 표준화 된 기계를 패키징 라인에 손쉽게 투입할 수 있다. 이것은 사용자의 엔지니어링 노력을 감소시키는 동시에, 시스템의 기동 단계를 줄이므로 현장에서 보내야 하는 시간도 감소시킨다. 생산 데이터의 평가에 사용되는 확장 가능한 소프트웨어 덕분에 더 높은 레벨의 시스템에서도 사용이 가능하다.
네 번째 고객 적합성 부분에 대해 설명하면, 최적 패키징 라인(OPL) 개념은 모든 기계 운영자의 요구사항을 충족시키기 위한 솔루션이며, 모두 국제 표준에 기초하고 있다. OPL은 이러한 요구조건을 충족시키고, 기계를 전 세계의 고객에게 배송하고 모든 법규를 준수하도록 지원한다.
다섯 번째 파트너십의 이점이다. 백지장도 맞들면 낫다는 말이 있다. 표준화된 소프트웨어와 하드웨어의 사용과 더불어 지멘스와 협력 관계를 맺으면 점점 복잡해지는 현대의 전자 장비를 이해하기가 쉬워지고 고객은 중요한 작업에 집중할 수 있다. 그것은 바로 기계 개발이다. 이를 테면, 지멘스의 인프라 구조를 이용하여 전 세계 지원 비용을 절감할 수 있다.
SIMOTION C
- 패키징과 관련된 서보 드라이브 및 컨트롤 부분에서의 지멘스의 경쟁력은 무엇인가.
▲이에 대한 대답은 사전 설정된 소프트웨어 모듈을 이용한 더 높은 효율성 및 운영자 친화적인 HMI를 통한 더 높은 생산성과 비용 효율성, 드라이브 기반의 안전 기능을 통한 기계 안전성 향상, 시스템 기반의 에너지 효율성 향상으로 나누어 설명할 수 있다.
우선, 사전 설정된 소프트웨어 모듈을 이용한 더 높은 효율성에 대해 설명하면, OPL은 개방된 표준 소프트웨어 구조를 사용함으로써, 엔지니어링, 유지보수, 통합 비용을 최소화 한다. 모듈 처리와 같은 기본적인 자동화 작업을 간단하게 만들어주는 사전 설정된 소프트웨어 라이브러리와 모듈은 요구되는 애플리케이션 소프트웨어의 규모를 감소시킴으로써, 기계의 기능적 안전성이 향상된다. SIMATIC 자동화 시스템과 SIMOTION 모션 제어 시스템을 위한 확장 가능한 OMAC PackTags는 모든 포장 기계에 적용할 수 있는 표준 인터페이스를 제공하여, 기계에서 기계로, 기계에서 Manufacturing Execution System(MES)으로 균일한 통신이 가능하다. 이것은 모든 기계에서 구축, 시운전, 라인 통합 속도를 향상시킨다. 뿐만 아니라, 운영 제어, 유지보수, 진단이 표준화되고, 주 컴퓨터 및 IT 시스템으로의 표준 데이터 링크가 간소화된다.
다음은 운영자 친화적인 HMI를 통한 더 높은 생산성과 비용 효율성 부분이다.
기계 한 대가 제대로 작동하지 않기 때문에 공장과 시스템 전체가 멈추는 일이 종종 발생한다. 운영자 인터페이스 디자인의 중요성이 최신 기계의 품질 요소에서 점점 높아지는 것은 바로 이런 이유 때문이다. 최적화된 운영자 인터페이스를 설계할 때, 지멘스는 다양한 단체와 위원회에 소속된 OEM 업체와 사용자들과 함께 내비게이션과 운영 영역을 표준화 했다. 사용자 친화적인 HMI 템플릿과 아이콘 라이브러리는 이러한 협력을 통해 탄생했다. 이것은 표준을 정하며, 교육비용, 다운 타임, 결과적으로는 부정확한 운영을 최소화한다. 뿐만 아니라, 이것은 다양한 자격 요건을 갖춘 운영자들이 여러 차례 교대 작업을 수행하는 현장에서도 현저하게 높은 생산 속도를 일정하게 유지할 수 있도록 도와준다.
다음은 드라이브 기반의 안전 기능을 통한 기계 안전성 향상 부분이다.
고객은 OPL을 사용하여 최대의 유연성을 가지고 안전 기능을 구현할 수 있다. 엔지니어링 비용은 최소화되며, 과거의 의무적인 키 조작 스위치는 필요하지 않다. 이를 달성하기 위해 지멘스는 저렴한 소형 고장 안전 컨트롤러로 조율되는 드라이브 기반의 안전 기능을 제공한다. SINAMICS 드라이브의 안전 기능은 처음부터 잠재적으로 위험한 동작을 차단한다. 안전 기능 향상을 위해 드라이브의 폐회로 위치 제어는 활성화된 상태를 그대로 유지한다. 이는 신속한 운영 재개에 중요할 뿐만 아니라, 또한 보호 커버와 가드가 열려 있는 동안에도 드라이브 기반의 셋업 기능을 사용할 수 있다. 결과적으로 고객은 유휴 시간 단축과 낭비 감소, 따라서 생산성이 향상된다.
마지막으로 시스템 기반의 에너지 효율성 향상이다.
OEM 및 플랜트 운영 회사에게 에너지 효율성은 점점 중요한 요소가 되고 있다. 그것은 효율적인 에너지 관리를 통해 막대한 비용을 절감할 수 있기 때문이며, 이는 경쟁력에 직접적인 영향을 미친다.
높은 수준의 모션 제어가 관여하는 프로세스에 대하여, OPL은 특히, SINAMICS S120 드라이브처럼 에너지 환원 기능이 있는 드라이브 시스템을 가진 에너지 절약 모터를 사용함으로써, 현저하게 낮은 수명주기 비용으로 최고의 효율성을 유도한다. 이것은 제동 에너지와 무효 전력 DC 링크 내에서 사용되는 것을 허용하고, 필요할 때는 라인 전원 공급으로 다시 돌아갈 수 있게 하며, 특히 액티브 라인 모듈(ALM)을 사용할 때는 어떤 고조파도 발생하지 않는다. 에너지 효율성을 증가시키는 추가 모듈로 SENTRON PAC 다목적 측정 장치가 있으며, 이는 전력 소비, 라인 품질, 피크 수요를 투명하게 해준다.
이상의 하드웨어 구성만으로도 에너지 비용은 최대 40%까지 대폭 감소한다. 에너지 비용은 플랜트 또는 시스템에서 수명주기 비용의 상당 부분을 차지하므로 이것은 막대한 비용 절약을 의미한다. 게다가 구체적인 조치들은 전력 소비뿐만 아니라 라인의 품질에도 영향을 주어 실질적인 수요에 따라 변압기와 라인 컴포넌트의 규모를 정할 수 있도록 해준다. 다운사이징이라는 말이 최근에 유행이지만, 많은 경우에 SIZER 같은 지능형 설계 도구를 사용하면 오버 사이징을 할 필요가 없게 해준다.
드라이브 기술의 표준화, 프로세스 유연성 향상, 혁신적인 에너지 기술은 기존의 성능을 유지하면서도 에너지 소비를 최소화한다. 따라서 수명주기 비용이 감소한다. 결과적으로, 순수하게 포장 기계와 포장 라인에 대한 자본 투자비용만 고려해야 하는 것이 아니라, 전체 수명 주기에 대한 비용을 고려하는 것이 중요하다. 이러한 접근 방식은 사업 성공을 보장할 뿐 아니라 환경을 보호하는 데도 도움이 된다.
통합형 SIMATIC 전기요금 부하 관리 시스템은 전력 회사와 협상한 기간 당 평균 전력값을 유지하는 문제에 도움이 될 수 있다. 최대 100개의 부하를 우선순위 목록의 설정으로 모니터할 수 있으며, 필요하면 에너지 피크를 피하기 위해 특정 항목을 셧다운할 수도 있다.
또한, 운영을 하지 않는 짧은 기간에는 시간이 많이 드는 수동 스위칭 조작 없이도 에너지와 비용을 절약할 수 있다. 이를 위해, ET 200S 분산 I/O에 속하는 PROFIenergy 기능을 가진 전력 모듈을 통해 에너지 관리 시스템에 하드웨어와 소프트웨어를 통합시킨다. PROFINET 기능성 I-Device와 함께, PROFIenergy는 적당한 기능 블록을 사용하여 특별히 높은 엔지니어링 비용의 발생 없이 전체 공장 구역이 조율된 방식으로 전원이 들어오거나 나가게 할 수 있다.
-글로벌 및 한국 패키징 시장에서 대표적인 레퍼런스로는 어떤 것이 있나.
▲지멘스 TIA를 기본 콘셉트로 패키징 분야에서도 역시 전 세계적으로 수많은 레퍼런스를 확보하고 있다.
그 가운데서 몇 가지 사례를 들어보면, 우선 이태리의 Curti Costruzioni Mecchaniche사의 Cartoning machines의 경우에는 지멘스의 Simatic MP370 Touch Panel을 비롯해서, Sinamics S120 드라이브 시스템을 내장한 Simotion D445 제어시스템과 8축 서보, 1축 메인 벡터 모터, 4축 보조 벡터 모터 등이 적용되어 생산성을 향상시킨 사례다.
또 이태리 G.D 사의 Cigarette packing machines에는 제어시스템으로서 SIMOTION C230-2가 적용이 되어 Cam and gearing, Programming in MCC and ST 등의 기능을 수행하며, SIMODRIVE 6IIU 2축 제어, MM420 드라이브와 8축 서보,1축 메인 벡터 모터, 4축 메인 벡터 모터, 4축 보조 벡터 모터 등이 적용됐다.
또 네덜란드 Buhrs사의 Sector Packaging machines 및 인도 Elmach Packages사의 블리스터 패키징 머신도 중요한 레퍼런스에 해당이 된다.
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