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外文翻译-基于互联网使用远程自动铆接系统的监测与控制

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外文翻译-基于互联网使用远程自动铆接系统的监测与控制
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外文翻译-基于互联网使用远程自动铆接系统的监测与控制,外文翻译-基于互联网使用远程自动铆接系统的监测与控制
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基于互联网使用远程自动铆接系统的监测与控制H. C.林摘要:今天,采用气动机械手臂执行器控制和可编程逻辑控制器(PLC)控制在现代制造业自动材料过程中被广泛使用。基于气动机械手臂提供了一个相对较低的成本是指力,扭矩和运动。然而,产生的限制是系统需要一个准确的位置。随着越来越多的需求为天然的,直观的自动化行业,图形人机交互操作也是另一个重要的问题,引来了越来越多关注。在一个完整的案例研究中,基于PC机的自动铆接系统的虚拟仪器(VI)采用气动的机械手臂结合开发一个精确的X/ Y平台。通过互联网的监测和控制功能的实时性建议使用遥控器既快速又准确的铆接工艺。实施显示出其良好的性能和介绍说明性示范。关键词: TCP/IP, PLC, VI, Internet, HMI1. 介绍在工业领域中,存在大量的使用PLC气动执行器控制的机械手臂的快速连续的工业过程。 PLC特别提供易于编程的优势,以及作为数字通信的I / O。它也在复杂的顺序控制功能1-3呈现上升能力。然而,使用气动机械手臂的运动机构不能提供准确的位置4-6。此外,一般的PLC有一定的局限性,如图形编程和互联网连接。因此, 人机界面(HMI)的快速和精确的位置发展是必要的。如今,互联网已经到处可见和传遍世界各地。当网络可用时互联网被优先使用在远程终端登录、文件传输、E-mail和新闻组、Web发布。现在的Web电子商务成为一个主要业务。从工程学的观点,互联网可以做什么,更值得我们做的行业?如何能利用互联网工具,提高科学家和研究人员经验?结合LabVIEW和PLC可以为HMI顺序控制自动化产业7-18提供一个良好的解决方案。由于网络显着的应用程序在一个广泛的领域,通过互联网远程监测和控制系统的发展带动现代工业设备/设施发展。因此,建议的职能系统包括基于互联网的生产控制铆接机以及精确的X / Y平台而不是人为操作的机械手臂。一台PC(服务器端)连接的远程PC(客户端)通过万维网工程与PLC的巧妙接合,它也具有可以记录和跟踪工件铆接的生产管理的能力。提出的方法根据用户的要求可以很容易地扩展到各种应用程序,并可以给电气工程专业的学生和自动化工程师提供一个很好的指南,以提高他们的互联网编程效率。本文的结构如下介绍。第二节提出了系统的硬件结构。在第三节,提供LabVIEW和PLC系统软件包。第四节介绍基于互联网连接的世界万维网。第五节是Web连接的实际效果。第六节对给出结论和建议作进一步调查。2.系统硬件结构所提出的系统的硬件示于图1中。它可以通过万维网进行在线实时监测和控制的功能。 图1建议的系统硬件结构远程PC(客户端)和附近的电脑(服务器)相互沟通根据TCP/ IP使用LabVIEW.服务器与PLC(三菱FX1N)通过工业自动化OPC服务器。该X/ Y平台铆钉机由PLC的输入/输出(I / O)面板同时进行操作。因此,远程控制和监测可以使用图形化编程环境实现。在X / Y平台,控制与两个交流伺服电机(510 6厘米/脉冲)为自动送料过程和工件铆接工艺提供既快速又高度精确的定位系统。建议系统还开发了适用于使用三个机械手臂自动材料,而不是料平台人性化操作。在图2,大尺寸的可移动3个维度方向,即X,Y和Z轴采用气动吸盘提供预定义位置的模板。只有X和Y轴的第二个(小)使用夹具夹凹金属长方体在X/ Y平台预定义的位置。第三个(小)可以得出两种金属的大小,X,Y和Z轴气缸(中小尺寸)采用气动吸盘。需要注意的是,第一和第三机械手臂使用AC服务器,气动系统的电机提供Z-轴的X-轴的移动和和Y轴的运动,但第二个气动系统只使用于X-轴和Y-轴移动。图2. 自动进料平台建议系统所需的设备或模块如下。(1)两台PC。与服务器连接的一个通过PLC与 OPC服务器(美国国家仪器,工业自动化OPC服务器5.1)连接,和其他一个是通过TCP / IP客户端的远程监测和控制。(2)一台PLC(三菱FX1N)操作顺序X/ Y平台和三个机械手臂的控制。(3)X / Y平台,两个交流伺服电机(松下MSMA042A1C)在5个地点建立了自动料以及铆接工艺的精确定位系统。(4)气动驱动机械手臂。(5)铧模板,金属气缸和凹金属长方体。(6)一个空气压缩机。(7)三个陪合X/ Y平台振动盘。(8)一铆工件上的铆钉机X / Y平台表。(9)LabVIEW软件包,包括OPC服务器图形化编程。III。系统软件的说明除此之外,硬件系统中,有两种类型的软件系统,即PLC编程和LabVIEW的编程,需要执行所提出的方法,描述如下。111 PLC编程自动进料系统的描述自动送料操作过程由三个机械手臂以及X/ Y平台配合。该机械手臂可以提供指定的项目,即凹金属长方体,金属圆柱体和图案盘,X/ Y在预定义的位置,然后是铆平台的过程。图3所示为流程图。图3.建议系统的自动送料过程流程图主要过程简述如下。(a)初始化机械手臂和X / Y平台在就绪状态。(b)剪辑凹金属长方体,并将其交付Pt.4和Pt.5第二臂。请注意这个长方体有2个金属制的圆筒进行一次组装所以这个过程只经行一次。(c)移动的X / Y平台为小尺寸的金属圆筒的位置。(d)在小尺寸的金属圆筒绘制收齐使用三号机械手臂。(e)移动X/ Y平台为中等规模的金属圆筒定位。(f)用3号的机械手臂在中等大小的金属圆柱体绘制收齐。(g)移动X/ Y平台为中等规模的金属圆筒定位。(h)Pt.3用3号的机械手臂在中等大小的金属圆柱体绘制收齐。(i)将位于模板上的X/ Y平台放到X/ Y表中。(j)使用1号的机械手臂得出的格局板,并找到它的X / Y表。(k)进行铆接过程。(1)检查是否完成铆接过程。如果没有,回到步骤(k)。(m)用气缸抬起使模板使它可以很容易地由机械手臂的完成。(n)使用一号胳膊的绘制完全铆接板的收集箱。111.2 PLC自动编程流程图铆接工艺PLC使用它的I / O接口控制以及铆钉机X/ Y平台。在铆接过程之前,被放置在工件的X / Y平台的表,以便它可以顺序铆接。编程流程图如图4所示。主要过程简述如下。(a)设置工件铆接工艺参数,即铆接工艺中伺服电机的运动参数和预定义的坐标。 N是铆接工件数。(b)X / Y平台被设置到初始移动原点。(c)开始朝着预定义的X / Y平台协调。请注意,有5个预定义的位置。工件铆接过程中,相同的过程将从第1,第2,第3,.,依次进行到第5点(位置)。(d)工件铆接铆接机,直到程序成功完成。(e)检查,如果在X / Y平台已经完成了一个铆周期(工件到第5点)。如果没有,回到步骤(c)。(f)增加完成铆接工件的数量。检查是否已达到预定数量,即N=100。如果是,设置报警表示铆接作业完成。否则,回到步骤(b)。注N可以是根据工厂的要求调整。 图4. 汽车多地点铆的建议系统流程图111.3 LabVIEW编程流程图建议使用LabVIEW图形化编程包提供的人机界面,它操作铆接机是友好的。具体地说,它通过互联网上构建远程监视和控制的能力。图5显示了其编程流程图。LabVIEW编程的主要过程是短暂的,描述如下。(a)PLC和附近的PC(服务器)之间启动OPC服务器的连接。(b)在远程PC(客户端)和附近的PC之间启动Web连接。(c)为PLC铆接过程进行预定义工件数量。(d)通过RS232/RS422读取PLC状态。(e)由LabVIEW仪器(VI)显示虚拟工件铆接状态。(f)回到步骤(d),除非进行铆接过程完成。(g)当新的铆接工艺完成工件数将进行复位。否则,停止。图5.LabVIEW编程流程图IV基于万维网的互联网连接虽然所提出的系统由两个执行的硬件实现和软件编程,但LabVIEW的面板设计是用来监测和控制线铆接过程的,如图6所示。 图6 . 建议系统的LabVIEW VI面板LabVIEW VI的面板可以发布到万维网。图7显示了Web发布工具显示图像的VI面板。该文件保存在Web服务器的根目录。应从浏览器页面建立访问的URL,如图8所示。 图7 .LabVIEW VI的面板Web发布工具图8 .LabVIEW VI的面板URL访问需要注意的是在URL路径中的“用户2”,示于图8。应被替换的服务器的IP地址,例如90,通过万维网查看和控制客户端(远程PC)。出于安全考虑,消防壁已成立以避免陌生人入侵(黑客),如图9所示。只有获得IP地址91和84认证,才可以允许访问系统,其他所有都将被禁止。需要注意的是IP91可以允许查看和控制系统,但IP84只可以查看系统。图9 LabVIEW VI面板的浏览器访问V.实际结果与万维网连接建议系统在上线的实时监控下通过Web连接和控制实施是成功的。图10所示的是LabVIEW VI面板附近的PC与PLC连接的服务器。可以看出,面板上显示的服务器的当前工件铆接状态在屏幕上。从服务器(附近的个人计算机)编缉根据制造商的操作员要求(预定义)控制的工件号。服务器VI形象也表现出了完成工件数量,如果新的铆接过程重新开始,需要由虚拟交换机进行复位。工件铆状态从第1点(PT.1)到第5点(PT.5)的X / Y平台移动时,可立即查看到预定义的位置。在同一时间机械的工作状态自动上料去配合X/ Y平台。从万维网(Internet Explorer)中,客户端远程PC可以查看VI面板和相同的图像VI面板的服务器,如图11所示。具体而言,VI面板的控制权可以转移到客户端防火墙的保护。因此,客户端可以被允许接管服务器进行远程监控和控制功能。 图10 .LabVIEW VI面板的服务器图11. 网络的客户端图像VI.总结使用图形界面,工业控制器在当今自动化技术成为一个重要的问题,特别是通过互联网连接进行远程监控和控制功能。在工件铆接系统提供全面的情况下,基于网路的图形化编程的硬件以及软件成功本文开发一个精确的自动铆接系统。上线的实际结果证明其在Web浏览和控制能力良好的性能,根据防火墙的安全性,更重要的是,它提出了一个简单但实用的知识,改善了传统的顺序控制方法。对于进一步的应用,所提出的方法可以很容易地扩展到自动化行业领域进行即时控制和监视活动。VII. 参考文献1 M.C. Zhou, and E. Twiss, Design of industrial automated systems via relay ladder logic programming and Petri nets, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C, Vol. 28, No. 1, 1998, pp.137-150.2 D. Boothroyd, Failsafe systems gain the flexibility of the PLC approach, IEEE Computing & Control Engineering Journal, Vol. 6, No. 1, 1995, pp. 43-44.3 R. Roman and R. Wilson, Commercial demand side management using a programmable logic controller, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 4, 2000, pp. 2475-2480.4 B. Surgenor, Continuous sliding-mode control of a pneumatic positioning system, Design and Performance, Research Studies Press, from 8th Bath Int.Fluid Power Conference, UK, 1995.5 P. Moore and J.S. Pu, Pneumatic servo actuator technology, IEE: Actuator Technology: Current Practice and Now Developments, 1996, pp.3/1-3/6.6 M. Cai, T. Kagawa and K. Kawashima, Energy conversion mechanics and power evaluation of compressible fluid in pneumatic actuator systems, 2002 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 2002, pp. 438-443.7 Jen-Hao Teng, Shun-Yu Chan, Jin-Chang Lee, R. Lee, A LabVIEW based virtual instrument for power analysers, IEEE International Conference on Power System Technology, Vol. 1, 2000, pp. 179-184.8 C.D. Mercier, S.D. Hembree, What the Internet can do for you, IEEE on Industry Applications Magazine, Vol.4, 1998, pp. 8-15.9 K. Toyoda, S. Tamoto, D.H. Crocker, Internet facsimile as an Internet office appliance, IEEE on Communications Magazine, Vol. 39, Oct. 2001, pp. 60-66.10 H. J. W. Spoelder, Virtual Instrumentation and Virtual Environments, IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, Vol. 2, No. 3, Sep. 1999, pp. 14-19. 11 L. Cristaldi, A. Ferrero, and V. Piuri, Programmable instruments, virtual instruments, and distributed measurement systems: what is really useful, innovative and technically sound, IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, Vol. 2, No. 3, Sep. 1999, pp.20-27.12 N.K Swain, J.A. Anderson, Singh Ajit, M. Swain, M. Fulton, J. Garrett and 0. Tucker, Remote data acquisition, control and analysis using LabVIEW front panel and real time engine, Proceeding IEEE SoutheastCon 2003, April 2003, pp. 1-6.13 N. Brownlee and K. Claffy, Internet Measurement, IEEE Internet Computing, Vol. 8, Issue 5, 2004,pp.30-33.14 H.C. Lin, Power system harmonics measurement usinggraphical programming tool, IEEE International Conference on Cybernetics and Intelligent Systems, Dec.2004, pp.884-888.15 H.C. Lin, Remote power system harmonics measurement and monitoring via the Internet, International Journal of Electrical Engineering Education, 42/3, July 2005, pp.301-313.16 H.C. Lin, Remote Real-time Power System Harmonics Detection and Monitoring via the Internet, 2005 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, Oct. 2005, pp.2867-2872.17 H.C. Lin, A remote monitoring and control based precise multi-location riveting system, Computer Applications in Engineering Education, Volume 13, Issue 4, Dec. 2005, pp.316 - 323.18 H.C. Lin, Precise riveting systems using networked PLCs for remote monitoring and control via the Internet, Materials Science Forum, Vols. 505-507, Jan. 2006, pp.457-462.2006IEEEInternationalConferenceon Systems,Man,andCybernetics October8-11,2006,Taipei,Taiwan AnInternet-basedAutomaticRivetingSystemusingRemote MonitoringandControl H.C.Lin Abstract-Today,themechanicalarmusingpneumatic actuatorcontrolledbyProgrammableLogicControllers(PLC) forautomaticmaterialprocessiswidelyusedinthemodern manufacturing.Thepneumaticbasedmechanicalarmprovidesa relativelylowcostmeansofforce,torqueandmotion.However, thelimitationariseswhenthesystemrequiresanaccurate position.Withanincreasingdemandforanatural,intuitive man-machineinteractioninautomatedindustry,thegraphical operationistheotherimportantissuethatisgainingmuch attentionnowadays.Inacomprehensivecasestudy,aPC-based virtualinstrument(VI)foranautomaticrivetingsystem employingthepneumaticbasedmechanicalarmcombinedwith apreciseX/Yplatformisdeveloped.Theproposedschemecan carryoutbothfastandaccuraterivetingprocessusingaremote monitoringandcontrolfunctionviatheInternet.Thereal-time implementationshowsitsgoodperformanceandpresentsthe illustrativedemonstration. Keywords:TCP/IP,PLC,VI,Internet,HMI I.INTRODUCTION Intheindustrialarea,thereexistsalargenumberof mechanicalarmsusingpneumaticactuatorcontrolledby PLCsforfastsequentialindustrialprocesses.ThePLC particularlyprovidessuperiorityineasyprogrammingaswell asdigitalcommunicationsI/O.Italsopresentsascendant capacityincomplexsequencecontrolfunctions1-3. However,themechanicalarmmovementusingpneumatic actuatorcannotprovideanaccurateposition4-6.Moreover, PLCsingeneralhavecertainlimitationssuchasgraphical programmingandInternetconnection.Therefore,the developmentoffastandprecisepositionwith Human-MachineInterface(HMI)isnecessary. Nowadays,theInternethasbeenconstantlyvisibleand spreadthrougharoundtheworld.TheInternetwasfirstused forremoteterminallogin,filetransfer,e-mailandnewsgroups. Webpublishingwasthenavailable.NowtheWebcommerce becomesonemajorbusiness.Fromtheviewofengineering, whattheInternetcandomoreforusinindustry?Howcanthe Internettoolimprovethescientistsandresearchers experiences?ThecombinationofLabVIEWandPLCmay giveagoodsolutionfortheHMIsequentialcontrolin automatedindustry7-18. Becauseofthesignificantnetworkapplicationsinabroad offields,thedevelopmentofremotemonitoringandcontrol ManuscriptreceivedMarch1,2006.H.CLiniswiththeDepartmentof AutomationEngineering,ChienkuoTechnologyUniversity,Taiwan(e-mail: hclin.tw) systemviatheInternethasledmodernindustrial equipment/facilities.Thus,thefunctionsoftheproposed systemincludeitsInternet-basedmanufacturingcontroltothe rivetingmachinewithpreciseX/Yplatformaswellas mechanicalarmsinsteadofhumanoperation.OnePC(the serverside)linkedbytheremotePC(theclientside)via WorldWideWebworkswiththePLCcoincidentally.The historyofworkpiecerivetingcanbealsorecordedandtracked fortheproductionmanagement.Thecapabilityofthe proposedmethodcanbeeasilyexpandedtoavarietyof applicationsaccordingtotherequirementsofusersand provideagoodguideforelectricalengineeringstudentsand automationengineerstoimprovetheirInternetprogramming efficiency. Thispaperisorganisedasfollows.SectionIIprovidesthe proposedsystemhardwarestructure.InSectionIII,thesystem softwarepackageforLabVIEWandthePLCareprovided. SectionIVpresentstheInternetconnectionbasedonWorld WideWeb.ThepracticalresultswithWebconnectionare giveninSectionV.Conclusionsandrecommendationsfor furtherinvestigationaregiveninSectionVI. II.STRUCTUREOFTHESYSTEMHARDWARE TheproposedsystemhardwareisshowninFig.1.Itcan performonlinereal-timemonitoringandcontrolfunctionvia WorldWideWeb. TCP/IP(LabVIEW) RemotePCt(Client)NearbyPC(Servern r-n RiingMathin I x*XMPlatonn RAitoingpr css iaeplatform _PLCI/O In.nMe Acnei._.nvnln.,pltfv Fig.1Structureoftheproposedsystemhardware TheremotePC(client)andnearbyPC(server) communicatewitheachotheraccordingtoTCP/IPusing LabVIEW.TheserverislinkedwiththePLC(Mitsubishi 1-4244-0100-3/06/$20.0002006IEEE4654 FX1N)throughtheIndustrialAutomationOPCServers.The X/YplatformassociatedwiththeRivetingMachineis operatedbythePLCsInput/Output(I/O)panel simultaneously.Therefore,theremotecontrolandmonitoring canbeimplementedusingthegraphicalprogramming environment.TheX/YplatformthatiscontrolledwithtwoAC servomotors(5x106cm/pulse)providesbothfastand highlyaccuratepositionsystemforautomaticmaterialfeeding processandworkpiecerivetingprocess. Theproposedsystemalsodevelopstheautomaticmaterial feedingplatformusingthreemechanicalarmsinsteadof humanoperation.InFig.2,thelarge-sizeonecanmove toward3dimensions,i.e.X,YandZaxles,usingpneumatic suckertodeliverthepatternplatetothepredefinedlocations. Thesecondone(smallsize)thathasonlyXandYaxlesisto cliptheconcavemetalcuboidusingaclampingapparatusto thepredefinedlocationatX/Yplatform.Thethirdone(small size)thathasX,YandZaxlescandrawintwokindsofmetal cylinders(mediumandsmallsizes)usingpneumaticsucker. NotethatthefirstandthirdmechanicalarmsuseACserver motorforZ-axlemovementandpneumaticsystemforX-axle andY-axlemovement,butthesecondoneuseonlythe pneumaticsystemforX-axleandY-axlemovement. (6)Oneaircompressor. (7)ThreevibratingtraystofeedwanteditemstoX/Y platform. (8)OneRivetingMachineforrivetingtheworkpiecesonthe X/Yplatformtable. (9)LabVIEWpackageincludingtheOPCserversforthe graphicalprogrammingandtheremote(Internet) connection. III.DESCRIPTIONOFTHESYSTEMSOFTWARE Besidesthehardwaresystem,therearetwokindsof softwaresystems,i.e.PLCprogrammingandoneLabVIEW programming,neededtoperformtheproposedapproach, describedasfollows. 111.1FlowchartofthePLCprogrammingforautomatic materialfeedingsystem Theautomaticmaterialfeedingprocessisoperatedbythree mechanicalarmsaswellasX/Yplatformconcordantly.The mechanicalarmscandeliverthedesignateditems,i.e.concave metalcuboid,metalcylinderandpatternplate,toX/Y platforminpredefinedlocationsbeforerivetingprocess.Its flowchartisshowninFig.3. PattesPlatre Metalcylndes(uo10i.-. ViblatiDgtlayVi6tatazy McItelalcyane(smassize) ik33) Lfvp-ff“7 Fig.7LabVIEWVIpanelforWebPublishingTool Fig.5FlowchartoftheLabVIEWprogramming IV.INTERNETCONNECTIONBASEDONWORLDWIDEWEB Whiletheproposedsystemisperformedbyboththe hardwareimplementationandsoftwareprogramming,the LabVIEWpanelisdesignedtomonitorandcontrolonline rivetingprocess,showninFig.6. 4dSWo heStoi.N-,0-4.4m;u.L;s Fig.8LabVIEWVIpanelforURLaccess 4657 ,.,.,!:,.F!f!f!ggr!Sfr!77_.r!g.!777rg_i!97h!Ch *Laj.*. -.1LYJ.n -i -WtAl Notethat“user2“intheURLpath,showninFig.8,should bereplacedbytheserversIPaddress,forexample 90,tobeviewedandcontrolledbytheclient (remotePC)viaWorldWideWeb.Forsecurity considerations,theFirewallhasbeensetuptoavoida stranger(orhacker)invasion,showninFig.9.Onlyacertified IPaddress,i.e.91and84,canbe permittedtoaccessthesystem,andallothersareprohibited. NotethatIP91canbeallowedtoviewandcontrol thesystem,butIP84canviewthesystemonly. .*r;.l.itlii.7)0;it.;0ttit.tt00i55.7fi100m -.u EOn.ZZflZZD .o.111. * *a INo rDeaY ,CeA/ WL; :“0 oUUtUUTh:eA;S *a0 turn becomeanimportantisunnowdyauomtd ecnloy particulalyremotemonitorinancontrluctonvah atutoairetifnd34gDsytebased33)LtoInegWapic knowledgegtoimroebiaeothetrdtinlisqencecnto mThod.eofnurtherlapptrlicatuions,thproposedappntroachscan bepasticualyrexotendeditoprformandistncontrolfucinvandh surveillanetcectivitiesoinautomated.inusrd.iscines. viewing ig IncnrlinWepbimageundethelirentlscuiy knoweidgestriacontrollerusingraditioalsequerfceshasro bethomes.imorfrtantapissueions nowday automated terochnology beparticualy remotendeditoprformandistncontrolfucinvandh lieurvilnacticavisutistsiiedautsmatedindustrmacdicpines.b 4658 WIMIMMIM AAMI 1,-. .,-. .A: -.;- Mt P.d.fmdW-41i-N-:C-1.1.dW.ftw,.N- VII.REFERENCES 1M.C.Zhou,andE.Twiss,“Designofindustrial automatedsystemsviarelayladderlogicprogramming andPetrinets“,IEEETransactionsonSystems,Man, andCybernetics,PartC,Vol.28,No.1,1998,pp. 137-150. 2D.Boothroyd,“Failsafesystemsgaintheflexibilityof thePLCapproach“,IEEEComputing&Control EngineeringJournal,Vol.6,No.1,1995,pp.43-44. 3R.RomanandR.Wilson,“Commercialdemandside managementusingaprogrammablelogiccontroller“, IEEETransactionsonPowerSystems,Vol.4,2000,pp. 2475-2480. 4B.Surgenor,“Continuoussliding-modecontrolofa pneumaticpositioningsystem“,Designand Performance,ResearchStudiesPress,from8thBathInt. 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