Save 2012 - 24-25 ottobre
Dai Bus di Campo a PROFINET
Roberto Pessina
Siemens Spa
I IA AS PLC
[email protected]
© Siemens AG 2010. All Rights Reserved.
PROFINET uno standard di
PROFIBUS & PROFINET International (PI)
Riferimento PI Italia,
Italia con sede a Brescia
Consorzio Profibus Network Italia (PNI)
www.profi-bus.it/
DAI BUS DI CAMPO .. a .. ETHERNET REAL TIME
Oct-2012
Roberto Pessina – I IA AS PLC
© Siemens Spa 2012. All Rights Reserved.
Industry Sector
PROFINET uno standard di
PROFIBUS & PROFINET International (PI)
3
DAI BUS DI CAMPO .. a .. ETHERNET REAL TIME
Utilizzo di un know how standard e diffuso
(Diagnostica a pagine Web, Ethereal, SNMP..) !
Informazioni disponibili su tutta la rete ad ogni porta!
Apertura verso nuove tecnologie (Wireless LAN..)
Mobile Panel
277F IWLAN
Oct-2012
Roberto Pessina – I IAPC
AS con
PLCOPC
Server SNMP
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Industry Sector
DAI BUS DI CAMPO .. a ..
ETHERNET REAL TIME
4
L’architettura è estremamente flessibile !
- Eliminazione delle impedenze di terminazione
- Nessun vincolo sull’estensione complessiva della rete
Machine 1
(IO-Subsystem)
Switch
Machine 2
(IO-Subsystem)
HMI, STEP7
IO-Controller
IO-Controller
HMI, STEP7
Switch
IO-Device
IO-Device
IO-Device
Switch
Switch
IO-Device
Switch
IO-Device
IO-Device
Switch
IO-Device
IO-Device
Switch
IO-Device
Switch
IO-Device
IO-Device
Switch
IO-Device
IO-Device
IO-Device
Switch
Oct-2012
IO-Device
Roberto Pessina – I IA AS PLC
Switch
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Industry Sector
5
PROFINET Performance
Internet
Factory Automation
Motion Control
PROFINET
Industrial
Ethernet
1-10ms
100ms
IT services
250µs
TCP/IP
RT
IRT
PROFINET: Real-time scalabile
Oct-2012
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Industry Sector
6
PROFINET – un solo bus
Automation topologies with PROFINET
PG/PC
HMI
PLC
IWLAN
Industrial
Ethernet
Diagnostics
Motion
Control
Field device
Drive
Access
Point
Web/TCP/IP
Field device
Oct-2012
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PROFINET I/O Real Time (RT)
Il Profilo per
la Factory
Automation
….
Integrata con
Ethernet IT e
TCP/IP !
Oct-2012
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PROFINET I/O Real Time (RT)
Implementazione senza HW specifico
8
Canale aperto TCP/IP
IT
applications
1 Standard
channel
Real time
channel
Real time
Servizi Software
basati su
Ethernet
e.g.
HTTP
SNMP
DHCP...
PROFInet application
TCP/UDP
IP
2
Ethernet
RT
(su indirizzo IP)
IP
Parametrizzazione e
configurazione dei
dispositivi
informazioni di
diagnostica
Canale Real-time
(su Device Name
associato al MAC
address)
Trasmissione dati di
ciclo ad alte
prestazioni
Trasmissioni su
evento (allarmi..)
-> PROFINET Real Time utilizza TCP/IP solo per la
parametrizzazione e la diagnostica dei dispositivi
-> Lo scambio dati ciclico avviene con determismo su
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Ethernet
direttamente
con
MAC
Address
Oct-2012
Roberto Pessina – I IA AS PLC
Industry Sector
9
Struttura del Telegramma PROFINET
Il Telegramma PROFINET si integra nel frame dati Standard Ethernet IEEE
802.3
Il Telegramma PROFINET è definito nello Standard Ethernet come “Ether type”
per comunicazione real-time
Possibile utilizzo della priorizzazione dati secondo standard IEEE 802.1p, per
migliorare le performance
Ethernet Frame
Preambel
Sync
Dest Source
MAC MAC
7 Byte 1 Byte 6 Byte
6 Byte
Priority
Tagging*
Ethertype
4 Byte
2 Byte
Ethernet-Standard
Oct-2012
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Frame
ID
2 Byte
Process data
up to 1440 Byte
Status
Information
4 Byte
FCS
4 Byte
PROFINET specific
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10
Switch con priorizzazione dati IEEE 802.1p
Gli switch, oltre a consentire ai nodi collegati di comunicare
contemporaneamente senza collisioni, garantiscono il determinismo
analizzando la priorità dei pacchetti in transito e dando precendenza a quelli
con priorità più elevata. (secondo lo standard: Priorita’ 6 per Real Time
Ethernet, Priorita’ 0 per TCP/IP)
PROFINET IO
Controller
Standard IEEE 802.1p :
supportato da tutti gli Switch
SIEMENS (dalle versioni Basso
costo XB agli Scalance X400)
2
HMI
1
2
1
Port 1
Port 2
Port 3
1
Oct-2012
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2 Spa 2012. All Rights Reserved.
© Siemens
Queue for port
1 Sector
Industry
Traffico TCP/IP e real time allo stesso tempo
ma con differenti priorità
11
PROFINET
PLC
PC
Internet Explorer
PROFINET
Real-Time
HTTP SNMP Socket RT
TCP / UDP
PROFINET
Field device
IP
Ethernet
ERTEC
IE/PROFINET
Cable
Sensor System
PC
SNMP/OPC Server
Oct-2012
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PROFINET
PLC
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PROFINET RT
Con PROFINET si abbandona il sistema Token Ring !
La comunicazione Controller – Device, consente tempi di
aggiornamento diversi per le stazioni I/O !
Dalle proprietà di ogni Device
Watchdog time per “Bus Fault”
=
Update time (ms)
x
Numero di cicli consecutivi consentiti
senza ricezione di IO (3..15)
Oct-2012
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PROFINET I/O: Implementazione e Configurazione
PROFINET
Periferica decentrata:
Cambia l’interfaccia sul bus
I moduli di I/O possono essere
riutilizzati
Configurazione/programmazione:
Rimane identica a Profibus
PROFINET
PROFIBUS
GSD
Protezione degli investimenti
Oct-2012
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Sequenza di assegnamento indirizzi
L’indirizzamento dei dispositivi è diverso rispetto a
Profibus, e si basa sul “Nome Dispositivo” dei Device…
Oct-2012
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Alternativa 1: Nome dispositivo su MMC
Sulle interfacce PROFINET è disponibile uno slot in cui è possibile innestare un
supporto di memoria su cui viene memorizzato il Nome Dispositivo tramite
STEP7.
Alla sostituzione del componente il supporto di memoria mantiene il Nome
Dispositivo.
Questo sistema è disponibile su tutte le CPU e le periferie.
Oct-2012
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Alternativa 2: Autoconfigurazione con topologia
Il meotodo è basato sulla definizione della topologia di rete (editor della
topologia in STEP7).
L’utente deve configurare la topologia off line e può confrontarla poi con la
situazione attuale.
Oct-2012
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PROFIsafe: sicurezza funzionale (safety)
a tutti i livelli
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La sicurezza funzionale è un requisito irrinunciabile …
… ma è anche un grosso vantaggio
Personale
Oct-2012
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Impianti
Ambiente
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La situazione attuale nel campo della sicurezza
funzionale
18
La sicurezza funzionale è ottenuta per mezzo di bus proprietari
L’integrazione con il sistema principale è lunga e costosa
Molte volte I/O non sicuri operano sul campo da proteggere
Ad esempio interrompo l’alimentazione al motore
Bus di Campo I/O
Bus proprietario
dedicato alla safety
Livello con
I/O Safety
Frequency
converter
and
control
Motore
Interruttore
Oct-2012
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Alimentazione
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La soluzione è PROFIsafe
Caratteristiche principali di PROFIsafe
Funzioni standard e di sicurezza su un unico cavo:
un solo sistema di sviluppo = riduzioni costi
Certificato SIL 3, AK6 e CAT 4 nella EN954-1
Basato su IEC 61508 e IEC 61511
PLC con
funzione
fail-safe
Componente
standard
Oct-2012
Sicurezza per mezzo di software
aggiuntivo in ogni componete
Componente
fail-safe
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I/O
Fail-safe
I/O
Standard
Azionam.
Dispositivo
failsafe
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20
Nuove architetture e
funzionalità disponibili
con PROFINET IO
Oct-2012
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21
PROFINET IO: “Shared device”
Due controller possono gestire lo stesso device
• Ogni controller gestisce un gruppo di ingressi e uscite
• Non è necessario che siano fisicamente raggruppati
IO-Controller 1
Oct-2012
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IO-Controller 2
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Shared Device con Sinamics S120
IF1 e IF2 sono 2 interfacce logiche della nuova CU 320-2PN,
uguali in relazione a…
… Operazioni Isocrone del dispositivo (solo un sync master)
… Funzionalità Safety
Alla stessa CU del Sinamics sono ora assegnabili a 2
Controllori differenti
Questo permette svariate topologie e.g. …
IO Fail-Safe
Controller
IO-Controller
Sinamics S120
Oct-2012
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22
PROFINET IO: “Intelligent device”
23
Dialogo tra controllori
• Un dispositivo può essere contemporaneamente
IO-controller e IO-Device
IO-Controller 1
I controllori possono essere
gestiti in progetti separati
I dati scambiati sono
direttamente nella memoria
dei controllori
Non sono necessari
accoppiatori per separare due reti
Oct-2012
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CPU1
IO-Device 1
CPU2
IO-Controller 2
IO-Device 2
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PROFINET IO: “Intelligent device”+ “Shared
device”
24
Combinazione delle precedenti architetture
Flessibilità e semplicità
IO controller 1
IO controller 1
IO controller 2
IE / PROFINET
IE / PROFINET
I-Device + Shared Device
IO device 1
Sottosistemi separati
Oct-2012
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“Translucent I/O”
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25
Media redundancy con MRP (IEC 62439)
Funzionalità
Ridondanza ad anello
Tempo di reazione
al guasto inferiore 200ms,
per un massimo di
50 switch nell’anello
Il „Manager della ridondanza“
(PLC o Switch Managed) gestisce un
„contatto logico di rete“ al suo interno.
Attraverso un test frame verifica la
continuità dell’anello; in caso di guasto
il contatto interno viene chiuso.
Media
redundancy
Oct-2012
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26
Possibili configurazioni
System Management
IE / PROFINET
IE / PROFINET
CPU + CP
Sub-system 1
CPU + CP
Sub-system 2
CPU + CP
Sub-system 3
Central ring with separated sub-systems
Oct-2012
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Several local rings
con Switch Managed
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PROFINET IRT
Il Profilo per
Sincronismo
E Motion
….
Integrati su
Ethernet IT e
TCP/IP !
Oct-2012
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Lo stack PN Isochronous Real Time (IRT)
1
IT appli
cations
PROFINET Applications
e.g..
HTTP
SNMP
DHCP...
1 Configuration
Diagnostics
Process data
Real time
TCP/UDP
IP
Ethernet
2 RT
3 IRT
Real time
ERTEC Switch con chip ASIC
Oct-2012
Canale TCP/IP standard
Parametrizzazione
Dati diagnostici
Inizializzazione collegamenti
Negoziazione del canale di
comunicazione
2 Canale Real-time RT
Trasferimento highperformance
Dati ciclici
Trasferimento su evento
3
Real-time channel IRT
Trasferimento highperformance
Dati isocroni
Jitter <1sec
Utilizzando gli SWITCH con ASIC, l’accesso alla
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rete
Ethernet
viene
sincronizzato
e coordinato
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Industry Sector
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PROFINET IRT
Comunicazione
Ciclo 1
IRT channel
Comunicazione
ciclo 2
Open channel
IRT channel
IRT
communication
Sync
Comunicazione
ciclo 3
Open channel
RT
communication
red interval
Open ch
Standard
communication
IRT + IRT flex frames
IRT
data
IRT channel
NRT frames
RTC data
RTA data
green interval
NRT data
orange
interval
Tutti i dispositivi Profinet ed i componenti di rete sono sincronizzati
Nella fase rossa la comunicazione dei dispositivi tcp/ip viene bloccata
Durante la fase verde, qualsiasi pacchetto TCP/IP,UDP ecc. può essere
inviato
La fase arancione annuncia l’imminenza di un ciclo rosso. Solo I
frame TCP che possono essere trasferiti completamente vengono
inviati prima dell’inizio di una nuova fase rossa.
Oct-2012
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PROFINET – un solo bus !
Scalance S
S7 400
Controller RT
Simotion P
controller
IRT
Switch “dorsale”
Video Camera
Ethernet
TCP/IP
Sinamics
RT
30
“Dominio”
Motion IRT:
Update Time Minimo=
250 s
Switch “dorsale”
Switch IRT
“dorsale”
PG
TCP/IP
Distributed I/O
RT
ET200S “HS”
IRT
Sinamics
IRT
Office
PC
TCP/IP
Nodi
IRT devono essere collegati direttamente tra loro, o tramite switch IRT
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Altri
nodi
NRT
(TCP,
IT)
connessi
al
“dominio”
IRT comunicano tra
loro
!
Oct-2012
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Industry
Sector
31
Il Nuovo profilo disponibile con PROFINET IO !
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Linea di produzione automobilistica
Energy demand
senza PROFIenergy
Reduced energy demand
con PROFIenergy
Registering curve
(Values in kWh, 15 min)
Potenziale di
risparmio
Oct-2012
Weekend
Weekend
Former energy
demand in nonproduction time:
app. 60% of the
energy demand
during
production.
Up to 80% of
energy savings
with
PROFIenergy.
Sino all’80 percento di risparmio energetico!
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Industry Sector
33
Punti deboli della soluzione attuale
Controller
switching Manuale :
HMI
HW supplementare per la
gestione dell‘energia
Tempo lungo di power off
Start-up non affidabile
hardware supplementare
Spazio e costi
Engineering e
manutenzione
DC24V
Distributed
I/O
Motion Control &
Drives
Soluzioni individuali vengo accettate molto raramente.
Il risparmio di energia nelle pause non viene utilizzato.
Oct-2012
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La soluzione
Controller
HMI
Il controllore invia ad ogni Device:
Tempo di inizio di una pausa di
lavoro
Durata della pausa di lavoro
(>Tmin spegnimento del Device)
Tempo di fine della pausa di lavoro
Il controllore può anche richiedere ai
Device che lo supportano di
effettuare misure ‘energetiche’
riguardo al suo funzionamento.
DC24V
Dezentrale
Peripherie
Motion Control &
Drives
Con PROFINET come bus di campo .. È possibile usare Device che
supportino il profilo PROFIenergy per lo spegnimento degli I/O
Oct-2012
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Esempio
Condizioni:
Controller
Il convogliatore deve essere
spento 2 minuti dopo il robot, e
riacceso 2 minuti prima del robot
Start of pause: 12:00
End of pause: 12:45
Conosce il tempo di
risposta del device
Coordina la sequenza
di accensione e
spegnimento
PROFIenergy
Conveyor
Oct-2012
Robot
Switch-off time = 1 min
Switch-off time = 3 min
Switch-on time = 1 min
Switch-on time= 5 min
Minimum hold time = 2
min
Minimum hold time = 2
min
Minimum pause time
thus = 4 min
Minimum pause time
thus = 10 min
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Industry Sector
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Scopri tutte le Referenze PROFINET dal nostro sito..
www.siemens.com/profinet
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SIMATIC ET200SP
Oct-2012
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SIMATIC ET 200SP
Obiettivi
Incremento delle funzionalità del sistema
Unica periferia per tutte le applicazioni (FA, PA, applicazioni High Speed)
Dimezzare l’ingombro e ottimizzare l’handling
Tecnologia di cablaggio, l‘etichettatura e manegevolezza in generale
Incremento delle Performance in vista di PROFINET V2.3
Riduzione del tempo di ciclo interno rispetto ET 200S High Speed ! 8 volte più
veloce!!
Sincronizzazione automatica al ciclo di Bus
Ottimizzazione del comfort di utilizzo
Cablaggio, Etichettatura, Codifica colori, Diagnostica, visualizzazione LED ecc.
Riduzione del numero di schede
Concentrazione di diverse funzioni nello stesso modulo
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SIMATIC ET 200SP
Panoramica
Funzionalità di sistema
Optionenhandling
Start-Up senza moduli
Hot Swapping (single- e multi-hot
swap)
PROFIenergy
ampliamento del BUS di
comunicazione
Performance
Funzioni di diagnostica ampliate
Componenti e Montaggio
Interfaccia (IM) e BusAdapter (BA)
BaseUnit (BU), Terminalie Load Group
Moduli Elettronici
Modulo Server
Classi di funzioni (B, ST, HF, HS, HA)
Tecnica di cablaggio Push-in
Cablaggio senza Tools
Accessibilità ai morsetti migliorata
hohe und dauerhafte Klemmsicherheit
Ingombro dimezzato
Punto di misura per
Tester/Oscilloscopio
Certificazione Ex(e)
Aggiornamento dati su bus = 31,25µs
Velocità di trasferimento 100Mbit/s
Trasferimento dati con jitter molto
piccolo
Tecnica di sicurezza integrata
Impostazione indirizzi Safety via
Software (no dip-switches)
Sostituzione con riparametrizzazione
automatica
Footprint
Collegamento a PROFINET tramite
Busadapter
Num. canali raddoppiato (larghezza
ottimizzata)
Power module integrato
Tecnica di cablaggio Push-in
Montabile in Cabinet profondi 80mm
Etichettatura e identificazione a
colori
Etichettatura/identificazione molto
chiare
Etichette uniformi
simple to use – smaller in size – stronger in performance
Oct-2012
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SIMATIC ET 200SP
Componenti e montaggio
Moduli Elettronici
Modulo Server
Modulo interfaccia (IM), Bus
Adapter (BA), Modulo Server
BaseUnit
(BU)
Oct-2012
Modulo
elettronico
Roberto Pessina – I IA AS PLC
IM155-6PN
con
Bus
Adapter
BaseUnits con morsetti
Push-in
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SIMATIC ET 200SP
Componenti: IM155-6PN – BusAdapter
Tecnica di collegamento per PROFINET variabile tramite Busadapter (BA)
Standard
Miglior contatto meccanico e
protezione EMC
LWL (Plastica) per Diff.di
Potenziale Convertitore Fibra Ottica
(Fibra Plastica Rame)
BA
2xRJ45
BA 2xFC*
BA
2xSCRJ**
BA
SCRJ+F
C
Interfaccia universale per i Bus adapter
=> il BusAdapters permette di scegliere la connessione migliore per ogni tipo di applicazione
Oct-2012
Roberto Pessina – I IA AS PLC
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Industry Sector
ET 200SP Accessori
Accessori: porta etichette plastico
inseribile sia su Base Unit che sul modolo elettronico
Ordinamento frontale rigido, nessun errore di parallasse
Dimensione standard per Plotter per etichettatura automatica da E-CAD
Semplice Sostituzione del modulo – tolgo e rimetto il porta etichetta
Oct-2012
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SIMATIC ET 200SP
“Integrazione delle funzionalità di PM-E”
Funzionalità del Powermodul PM-E in
ET 200S
Alimentazione del Bus P1/P2
LED-Verde:tensione OK
Messaggi di Diagnostica sulla
Tensione
Protezione contro l‘inversione di
polarità
Filtro su tensione di alimentazione
Load Group 1 (max.10A) Load Group 2 (max.10A)
PM non più necessario => meno componenti,
11mm di ingombro in meno per ogni Load Group, alta flessibilità !
Oct-2012
Roberto Pessina – I IA AS PLC
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Dai Bus di Campo a PROFINET
Roberto Pessina
Siemens Spa
I IA AS PLC
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