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Macchina a controllo programmabile. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Per controllare vari tipi di impianti elettrici nella vita di tutti i giorni e sul lavoro, diventa spesso necessario accenderli e spegnerli ripetutamente a determinati intervalli di tempo. Questo compito viene solitamente risolto con successo con l'aiuto di timer digitali con memoria. Nell'articolo pubblicato di seguito, ai lettori viene offerta una descrizione di una variante di un dispositivo per tale scopo, che può essere realizzata in modo indipendente.

La macchina programmabile è progettata per controllare in rete apparecchi elettrici di bassa e media potenza (fino a 1 kW). Nella vita di tutti i giorni, può essere utilizzato, ad esempio, per controllare un lampadario Chizhevsky o stufe elettriche in una zona residenziale. L'autore ha utilizzato un automa per controllare un computer che comunica con la BBS di notte.

La macchina contiene due identici canali indipendenti programmabili, ognuno dei quali controlla un carico. Il numero di canali può essere aumentato arbitrariamente senza modifiche fondamentali alle unità di base del dispositivo stesso. Durante il suo funzionamento viene conteggiato il tempo reale e visualizzato il valore attuale in ore e minuti, oltre ai numeri seriali (da 1 a 7) dei giorni della settimana.

La durata massima del programma di controllo in ciascuno dei canali è di un giorno, tuttavia, se necessario, l'utente può abilitare o disabilitare l'esecuzione del programma giornaliero registrato in memoria in uno qualsiasi dei sette giorni della settimana. L'intervallo minimo programmabile tra due eventi è di un minuto. Un evento qui si riferisce all'attivazione o disattivazione di un carico controllato. Pertanto, il numero massimo di eventi programmabili è pari al numero di minuti di una giornata, ovvero 1440. In qualsiasi momento, tramite i comandi, è possibile modificare gli stati attuali dei carichi. L'azzeramento (azzeramento) della memoria prima della programmazione avviene mediante l'enumerazione automatica degli indirizzi su comando dell'utente in entrambi i canali contemporaneamente o in ciascuno separatamente.

In fase di programmazione è prevista la possibilità sia di scrittura indirizzo per indirizzo che di cancellazione indirizzo per indirizzo dei dati in memoria. Il distributore dispone di un generatore di AF in grado di emettere segnali sonori nei momenti in cui si verifica ogni evento programmato. Quando viene tolta la tensione di rete, la parte digitale (bassa tensione) del dispositivo viene automaticamente alimentata dalla batteria di backup, che consente di mantenere un conteggio continuo del tempo ed evitare variazioni degli stati attuali dei trigger che controllare i carichi.

Lo schema a blocchi dell'automa è mostrato in fig. 1. È costituito da un'unità di conteggio e indicazione, due unità canale identiche, relè elettronici e un generatore AF che può essere collegato a qualsiasi canale (nello schema, ad esempio, al canale 1).

Macchina di controllo programmabile

Nel blocco di conteggio e indicazione vengono contati l'ora e il giorno della settimana attuali, i loro valori vengono visualizzati sugli indicatori e la formazione di indirizzi per i canali RAM.

L'unità di controllo imposta i contatori nella posizione desiderata ed esegue le operazioni con la memoria del canale. Il sincronizzatore genera sequenze di conteggio e controllo di impulsi. La RAM memorizza il programma per la gestione dello stato dei carichi in ciascuno dei canali. I nodi di stato convertono i segnali impulsivi letti dalla RAM in tensioni di un certo livello logico, che controllano relè elettronici che commutano la tensione di rete fornita ai carichi.

Il diagramma schematico dell'unità di conteggio e indicazione è mostrato in fig. 2. È un orologio elettronico. Le funzioni della sorgente di conteggio e controllo delle sequenze di impulsi (sincronizzatore) sono eseguite in esse da un chip di clock specializzato DD12 (K176IE18), contenente un oscillatore al quarzo. Dalle sue conclusioni sono tratti i seguenti segnali: dal pin. 10 - impulsi minuti di conteggio (1/60 Hz), che vengono alimentati attraverso il circuito di accorciamento sugli elementi DD1.5, DD1.6, C15, R18 ed elementi DD13.4, DD4.3, DD4.2 all'ingresso di conteggio del contatore delle unità di minuti DD7.1 .uno; con spillo. 4 - impulsi di secondo utilizzati per indicare il secondo ritmo LED HL1; con spillo. 11 - impulsi con una frequenza di 1024 Hz, che passano attraverso il contro-divisore in due DD2.2, dopo di che la loro frequenza diminuisce a 512 Hz; con spillo. 6 - impulsi con una frequenza di 2 Hz, garantendo il lampeggiamento della familiarità degli indicatori HG1 - HG4 nella modalità di impostazione delle loro letture.

Macchina di controllo programmabile

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La parte di conteggio del blocco in esame è costruita secondo uno schema comune con collegamento seriale di contatori con fattori di conversione specificati e indicazione statica dei loro stati mediante indicatori a sette segmenti HG1 - HG5. Il bus di indirizzi AO - A15 è formato dai microcircuiti DD7, DD10, DD14 coinvolti nel conteggio dei bit. Una caratteristica della soluzione circuitale proposta è la capacità di modificare rapidamente lo stato di ciascuno dei contatori da parte dell'utente, il che facilita la scrittura nella memoria dati durante la programmazione.

Il blocco è controllato dai pulsanti SB1 - "Installazione", SB2 - "Ricerca familiarità" e SB3 - "Modalità". Nello stato iniziale sul pin. 6 del decoder DD6 è presente un livello logico alto, quindi tutte le sue uscite (pin 1, 5, 2, 4, 12, 14, 15, 11) avranno livelli bassi che impediscono il passaggio di impulsi di impostazione dal pulsante SB1 a i contatori DD7.1, DD7.2 .10.1, DD10.2, DD4.1 tramite gli elementi DD5.4, DD9.3, DD11.3, DD16 e consentendo la conversione dei decoder DD19 - DD3. Premendo una volta il pulsante SB8.1, il trigger DD6 va in uno stato unico, consentendo il funzionamento degli interruttori del decoder DD1, su una delle uscite (pin 5, 2, 4, 12) di cui compare un livello alto, e dall'altro (pin 14, 15 , 11, 2) - impulsi con una frequenza di 1 Hz. Di conseguenza, uno dei quattro spazi di familiarità HG4 - H1 inizia a lampeggiare alla frequenza specificata. Tramite il pulsante SB2.1 si cambia lo stato del contatore di questa familiarità (letture dell'indicatore). L'"attività" dell'una o dell'altra familiarità dipende dallo stato del contatore DD3 al momento della pressione del pulsante SB2.1. È possibile modificare lo stato del contatore DD2 utilizzando il pulsante SBXNUMX. Pertanto, impostando in modo coerente le letture degli indicatori di ogni familiarità, è possibile impostare molto rapidamente il tempo richiesto (indirizzo sul bus degli indirizzi).

Lo stato del contatore del giorno della settimana DD14 viene impostato trasferendo lo stato del contatore delle decine di ore DD10.2 in fase di impostazione. Si precisa che è più conveniente iniziare a impostare le letture dell'indicatore richieste da pochi minuti e terminare con i giorni della settimana, in quanto il valore già impostato nella familiarità maggiore sarà incrementato di uno dal trasferimento che può verificarsi quando impostando il valore nella familiarità inferiore. Il pulsante SB5 "Impostazione iniziale" è progettato per un'impostazione precisa (fino a secondi) dell'orologio in base alla sorgente dell'ora di riferimento. Nel momento in cui viene premuto questo pulsante, il contatore interno dei secondi del microcircuito DD12 e i contatori delle unità e delle decine di minuti dei microcircuiti DD7.1, DD7.2 vengono azzerati.

Oltre ai segnali di indirizzo AO - A15, dall'unità di conteggio e visualizzazione vengono rimossi molti altri segnali di controllo: dal pin. 4 microcircuiti DD3.2 (circuito 1) - impulsi minuti brevi, impostazione impulsi dal pulsante SB1; con spillo. 6 microcircuiti DD15.3 (circuito 2) - impulsi dal pulsante "Registra" SB6, nonché impulsi con una frequenza di 512 Hz (nella modalità di cancellazione della memoria); con spillo. 13 microcircuiti DD8 (circuito 3) - un segnale statico, il cui livello elevato garantisce l'implementazione della modalità di pulizia della memoria.

La modalità di pulizia della memoria viene impostata premendo una volta il pulsante SB4 "Cancella" se i contatti dell'interruttore di sblocco della pulizia SA1 sono chiusi. In questa modalità il trigger DD8.2 passa allo stato logico 1, il passaggio di impulsi minuti all'ingresso di conteggio del contatore DD7.1 attraverso l'elemento DD13.4 è vietato e il passaggio di impulsi con frequenza di Sono consentiti 512 Hz tramite l'elemento DD4.4. Il risultato è un conteggio (enumerazione degli indirizzi) con una frequenza di 512 Hz. Premendo nuovamente il pulsante SB4 si riporta il trigger DD8.2 allo stato originale di zero logico. All'accensione iniziale, entrambi i trigger DD8 sono impostati su uno stato logico zero dal circuito C13R11.

I pulsanti SB1, SB6 hanno un dispositivo di protezione dal rimbalzo dei contatti realizzato sugli elementi DD1.1, DD1.2, DD15.1, DD15.2. Il circuito DD1.5, C15, R18, DD1.6 accorcia un impulso minuto lungo dal pin. 10 chip DD12. Diversamente, questo impulso per alcune decine di secondi ogni minuto impedirebbe di impostare lo stato del contatore DD7.1 con il pulsante SB1.

Sulla fig. 3 mostra uno schema schematico del blocco di canali della macchina programmabile. Viene inoltre mostrato uno schema di un dispositivo comune a entrambi i canali, realizzato sugli elementi DD1, DD2, DD3.1, DD3.2, DD4.1, DD4.2, DD5.1, DD5.2, che genera segnali che controllano la memoria.

Consideriamo ora il funzionamento del primo canale nella modalità di registrazione con conteggio in tempo reale. Come mostrato in fig. 3, il bit A15 viene assegnato dal bus di indirizzi AO - A12. La scelta del chip RAM a cui accedere dipende dal suo stato. Assumiamo che al momento questo bit sia in un unico stato e il chip DD10 sia selezionato per il livello basso attivo del segnale CE (pin 7 DD8, DD7). Il chip DD8 in questo caso è impostato sull'uscita nel terzo stato.

Macchina di controllo programmabile

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Modificando l'indirizzo sul bus indirizzi AO - A15 (lungo il fronte del minuto o impostando un impulso proveniente dall'unità di conteggio e indicazione), il vibratore singolo DD1.1 genera un impulso di alto livello, durante il quale si accede al chip DD7 è vietato per evitare di leggere i dati dalla memoria in questo momento. Negli intervalli tra gli impulsi generati dal chip DD1.1, l'uscita del chip DD7 (pin 7) è impostata a un livello logico corrispondente al bit di dati letto all'indirizzo corrente.

Per scrivere in memoria un bit di dati all'indirizzo desiderato, l'utente deve impostarlo sul bus utilizzando i pulsanti di controllo dell'unità di conteggio e indicazione. Quindi, l'interruttore SA3 dovrebbe selezionare il livello previsto per la registrazione: zero logico o uno logico. Se ne viene selezionato uno, verrà registrato in memoria un evento che si verificherà all'ora impostata. Scrivendo zero è possibile, ad esempio, cancellare un evento precedentemente registrato a questo indirizzo. Successivamente, è necessario premere una volta il pulsante "Registra" dell'SB6 (vedere Fig. 2). Lungo il fronte dell'impulso, che viene alimentato attraverso il circuito 2 al singolo vibratore DD1.2, quest'ultimo genererà impulsi di registrazione alle sue uscite (Fig. 4, a).

Macchina di controllo programmabile

Dall'uscita diretta del microcircuito DD1.2 (pin 10), l'impulso di scrittura entra nell'unità per generare impulsi brevi lungo la parte anteriore e lungo la caduta dell'impulso di scrittura, realizzato sugli elementi DD2.1, R3, C13, DD2.2 .2.3, DD1.2. Dall'uscita inversa del chip DD9 (pin 5.1), l'impulso di scrittura entra nel nodo di ritardo sugli elementi DD4, R14, C5.2, DD8 e quindi nel pin. 7 chip di memoria DD8, DD8. Il tempo di ritardo è scelto in modo tale che nei momenti di segnale (impulso) cambia, la registrazione sul pin. 7 del microcircuito DD10, l'accesso ad esso era vietato a chi si avvicinava al suo pin. 10 impulsi brevi con pin. 2.3 chip DD537. Pertanto, vengono create le condizioni necessarie per il corretto funzionamento dei chip RAM con clock KR2RU1 in conformità con la modalità passaporto [10]. Dopo la fine del secondo impulso corto con vyv. 2.3 microcircuiti DD7 sul pin. 7 del chip DD4 è impostato ad un livello logico corrispondente al bit di dati appena scritto (Fig. XNUMX, a).

I bit A13 - A15 del contatore del giorno della settimana (vedi Fig. 2) non vengono inviati ai chip di memoria, ma vengono inviati al decoder DD14 come indirizzo della chiave elettronica commutata del chip. Gli ingressi delle chiavi elettroniche DD14 (vyv. 14, 15, 12, 1, 5, 2, 4) e degli interruttori SA7-SA13 corrispondono ai giorni della settimana, dal lunedì alla domenica. Se uno degli interruttori è chiuso nel giorno della settimana corrispondente, il livello di alta tensione presente sul pin. 3 chip DD14, permette il passaggio di un livello logico alto dal pin. 7 RAM DD7, DD8 tramite chip DD4.3. Quando gli interruttori sono aperti, il livello basso sul pin. 3 chip DD14 vietano il passaggio sopra. Il circuito C18R12 genera un impulso di commutazione del trigger dello stato di carico DD13.1 sul fronte della tensione di alto livello letta dalla memoria. L'utente può modificare lo stato del trigger in qualsiasi momento tramite il pulsante SB1, controllandolo dalla presenza o meno del LED HL3. Se la programmazione viene eseguita con il carico collegato, è opportuno disconnetterlo temporaneamente con l'interruttore SA6. Il suo stato è controllato dal bagliore del LED HL4. Ogni volta che un impulso di commutazione arriva all'ingresso C (pin 3) del trigger DD13.1, si sente un breve segnale acustico acuto nel telefono BF1, generato da un generatore 3H sugli elementi C17, R10, DD5.3, DD3.3. XNUMX.

Prima di scrivere programmi in memoria, è necessario cancellarlo, ovvero scrivere zeri logici su tutti gli indirizzi disponibili. L'enumerazione degli indirizzi durante la pulizia viene effettuata con una frequenza relativamente bassa di 512 Hz (Fig. 4,b), che consente visivamente (per l'assenza di lampeggio del LED HL2) e uditivamente (per la scomparsa del segnale riprodotto dal telefono BF1) per controllare l'assenza di unità logiche in memoria. Si consiglia di ripetere il ciclo di pulizia (enumerazione di tutti i valori temporali) 2-3 volte. Ci vogliono solo pochi secondi. L'interruttore SA3 deve essere preventivamente impostato in posizione "0". Se si desidera lavorare con la memoria di un solo canale senza intaccare il contenuto della memoria di un altro, è possibile bloccare l'accesso a quest'ultimo spostando il relativo interruttore SA1 o SA2 "Memory Lock" nella posizione inferiore a seconda della diagramma. Durante la modalità di pulizia, i trigger dello stato di carico DD13.1 e DD13.2 in entrambi i canali vengono trasferiti a uno stato logico zero da un livello alto all'ingresso R (pin 4 e 10). Il generatore sonoro di allarme, realizzato sul chip DD6, è collegato all'uscita tramite l'ingresso di abilitazione (pin 1 DD6). 3 microcircuiti DD11.1 del primo o al pin. 10 chip DD11.3 secondo canale. In caso di lettura dalla memoria di alto livello ad una determinata ora, con l'interruttore SA4 “Sveglia” chiuso, verrà emesso un segnale intermittente per un minuto.

Lo schema schematico dei relè elettronici e dell'alimentazione della macchina programmabile è mostrato in fig. 5. La parte digitale dei relè elettronici si basa sul dispositivo descritto in [3]. Gli interruttori Triac VS1, VS2 sono utilizzati come elementi di potenza dei relè elettronici, il cui svantaggio è la presenza di sovratensioni di commutazione e distorsione della forma della corrente sinusoidale durante il controllo di potenti carichi reattivi. Nel dispositivo proposto, il carico viene commutato nel momento in cui la tensione di rete CA passa per zero, pertanto, quando si commutano carichi puramente attivi, è stato possibile eliminare completamente le emissioni.

Macchina di controllo programmabile

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In fig. 6.

Macchina di controllo programmabile

Una caduta di tensione positiva che viene ad accendere il carico all'ingresso D del trigger (pin 5 DD2.1) in un momento arbitrario t1 verrà trasferita all'uscita (pin 1 DD2.1) solo nel momento in cui arriva al suo ingresso C (pin 3 DD2.1 .1.2) un breve impulso coincidente con il passaggio per lo zero della tensione di rete. La presenza di un nodo di ritardo impulso breve sugli elementi DD9, R7, C1.3, DD1 non è obbligatoria e fondamentale, tuttavia consente di far coincidere nel tempo con precisione il fronte di salita dell'impulso che arriva all'ingresso C di il trigger con il momento in cui la tensione di rete passa per zero (abbassamento della tensione pulsante sui pin 2, 1.1 del chip DDXNUMX).

L'utilizzo degli optoaccoppiatori U1 - U4 ha permesso di disaccoppiare completamente l'unità elettronica a relè e la parte digitale della macchina.

L'alimentatore ha due stabilizzatori integrati DA1 e DA2. Il primo fornisce alimentazione alla parte digitale della macchina. La sua tensione di ingresso è supportata da una batteria GB1 con un circuito di accensione automatica basato sui diodi VD2, VD3. Il secondo stabilizzatore viene utilizzato per alimentare fotoaccoppiatori, LED e indicatori a sette segmenti. Il filtro di rete C8L2L3C9 sopprime le sovratensioni e i disturbi della tensione di rete.

Non ci sono requisiti rigorosi per la base dell'elemento dell'automa.

L'autore ha utilizzato resistori OMLT indicati sui diagrammi di potenza, condensatori di ossido - K50-16, il resto - KM, KLS; pulsanti SB1 - SB6 (vedi Fig. 2) e SB1, SB2 (vedi Fig. 3) - KM1-1; interruttori SA1, SA2 (vedi fig. 3) - МТЗ, SA3, SA6, SA15 (vedi fig. 3) e SA1 (vedi fig. 2) - МТ1, SA4 (vedi fig. 3), SA1(cm Fig. 5) - PK4-1, interruttori "Giorni della settimana" SA7 - SA13, SA16 - SA22 - gruppi di microinterruttori VDM1-8. L'ottavo interruttore nell'assieme viene utilizzato come SA5, SA14 ("Suono"). Qualsiasi indicatore LED a sette segmenti con un catodo comune (è meglio usare quelli importati, ad esempio LTS547AP). Transistor KT315 con qualsiasi indice di lettere, risonatore al quarzo BQ1 a una frequenza di 32 Hz, capsula telefonica BF768 - qualsiasi resistenza di 1 ... 200 Ohm, ad esempio, DH300F importato. I triac KU30G possono essere sostituiti con altri più potenti, ad esempio TS208-112-16-10, tuttavia, la distorsione della forma della corrente sinusoidale durante il controllo dei carichi induttivi diventerà più evidente in questo caso. Come relè elettronici, è possibile utilizzare i "relè a stato solido" integrati D7 o D2410 di IR, in cui l'accensione è attuata con tensione di rete zero e lo spegnimento con corrente zero attraverso il carico [2475].

Il trasformatore T1 deve fornire una tensione alternata di circa 8 V sul secondario con una corrente di carico di 600 mA. Le bobine filtranti L1 - L3 sono avvolte su anelli (20x10x4 mm) di ferrite M2000NM-1 con filo MGTF 0,5 fino a riempimento, e le bobine L2, L3 sono avvolte contemporaneamente con due fili.

Il GB1 utilizza una batteria di sei celle a dito. La corrente assorbita dalla parte digitale del dispositivo dalla batteria, in assenza di tensione di rete, non supera i 35 mA.

La macchina viene inserita in una cassa con dimensioni di 265x200x100 mm. Sul suo pannello frontale sono presenti comandi e indicazioni, e sul retro - prese per il collegamento del carico. I Triac VS1, VS2 sono installati su dissipatori di calore con un'area di circa 150 cm2 e lo stabilizzatore DA2 è installato su un dissipatore di calore con un'area di 50 cm2.

L'unità di conteggio e indicazione e l'unità di canale sono montate su schede separate con dimensioni di 185x80 mm, gli elementi dei relè elettronici (tranne triac VS1, VS2) e l'alimentazione (tranne condensatori C1 - C3, microcircuiti DA1, DA2, batteria GB1 e trasformatore T1) sono posti su una scheda comune di dimensioni 170x80 mm. I condensatori C3-C10 nell'unità di conteggio e indicazione e C2-C10 nell'unità di canale sono saldati tra i terminali "comune" e "più potenza" dei chip RAM, dei contatori e dei trigger.

Con parti riparabili e una corretta installazione, la parte digitale della macchina inizia a funzionare immediatamente. La creazione di un'unità di conteggio e visualizzazione si riduce alla regolazione della frequenza di un oscillatore al quarzo su un chip DD12 con un condensatore C18. Quando si stabilisce un blocco di canali selezionando i resistori R10, R20, è necessario impostare il tono desiderato dei generatori di suoni del canale e selezionando il condensatore C16 - un generatore di sveglia. La durata desiderata dei suoni di allarme è selezionata dal condensatore C15. Quando si stabilisce un blocco di relè elettronici, il resistore R8 deve essere selezionato in modo tale che gli impulsi di basso livello all'ingresso del trigger Schmitt DD1.1 (pin 1, 2) ne garantiscano la commutazione stabile. Selezionando il resistore R9 nel circuito di ritardo, il fronte dell'impulso sul pin dovrebbe essere allineato nel tempo. 10 microcircuiti DD1.3 con il punto più basso dell'impulso sul pin. 1, 2 microcircuiti DD1.1 (Fig. 6).

Quando si inizia a programmare la macchina, è necessario tenere conto di quanto segue. Se il programma contiene un numero sufficientemente grande di eventi, si consiglia di costruire un diagramma temporale, su cui il livello alto indica lo stato di accensione del carico, basso - spento e le differenze tra i livelli - eventi. Dopo aver impostato i momenti desiderati degli eventi, è necessario annotare le unità a questi indirizzi nella memoria, impostare l'ora esatta corrente sugli indicatori, collegare il carico al dispositivo e impostare lo stato iniziale del carico secondo il diagramma costruito utilizzando il pulsante "Impostazione stato".

Durante la scrittura e il monitoraggio dei dati, non è possibile utilizzare il pulsante "Configurazione iniziale", perché quando si fa clic su di esso, lo stato del bus di indirizzi cambia, ma non si ottiene una lettura corretta dalla memoria a un nuovo indirizzo.

Analizzando il funzionamento della macchina, è facile notare che escludendo dal numero di indirizzi forniti ai chip RAM i bit del contatore di unità di minuti AO - A3 e includendo i bit del contatore giornaliero A13 - A15, si può ottenere un dispositivo programmato per una settimana. Dato che, di conseguenza, la larghezza di bit del bus di indirizzi RAM sarà inferiore di uno, sarà possibile cavarsela con un chip di memoria per canale ed escludere anche i decoder DD14, DD15. L'intervallo minimo tra gli eventi in questo caso diventerà pari a dieci minuti e il numero massimo di eventi nel programma settimanale diminuirà a 144x7=1008.

Letteratura

  1. Baranov V. V., Bekin N. V., Gordonov A. Yu et al. Dispositivi di memoria LSI a semiconduttore. Directory. - M.: Radio e comunicazione, 1986.
  2. Shilo VL Circuiti digitali popolari. Directory. - Chelyabinsk: Metallurgia, Dipartimento di Chelyabinsk, 1989.
  3. Nechaev e. Un regolatore semplice e senza interferenze. - Radio, 1991, n. 2, p. 67,68.
  4. Horowitz P., Hill W. L'arte dei circuiti. - M.: Mir, 1993.

Autore: P.Redkin, Ulyanovsk

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