¿Cuál es el futuro de la tecnología de integración de sistemas de edificios inteligentes?
Perspectivas de la tecnología de integración de sistemas de edificios inteligentes Perspectivas de la tecnología de integración de sistemas de edificios inteligentes
En los últimos años, las cuestiones de integración de sistemas han sido un foco de debate entre colegas de la industria. Además de algunos detalles técnicos, a menudo implica obtener una comprensión profunda de algunas cuestiones macrotécnicas, y muchas disputas sobre estas cuestiones se resolverán.
1 Los protocolos Ethernet y TCP/IP se han convertido en la base para la integración de sistemas de edificios de distritos inteligentes.
Aunque la integración de sistemas de edificios inteligentes tiene sus componentes especiales, en el análisis final debería ser una red de computadoras. componente importante de integración del sistema. Por lo tanto, cuando hablamos de la integración de sistemas de construcción inteligentes, no podemos separarnos del desarrollo de las redes informáticas y sus tecnologías de integración de sistemas.
1.1 Popularización y extensión de Guodenet. Hacer del protocolo TCP/IP un estándar internacional de facto
Internet es un sistema de red informática creado por el Departamento de Defensa de EE. UU. en 1969. ARPAnet lanzó la arquitectura TCP/IP y las especificaciones del protocolo en 1979. En 1986, ARPAnet se dividió oficialmente en dos partes: una parte era la red de datos de defensa independiente y la otra parte era NSFnet, financiada por la Fundación Nacional de los Estados Unidos. El nombre general de todas las redes que utilizan muchas unidades es TCP/. Protocolo IP para conectarse entre sí. En 1993, debido al exitoso desarrollo del navegador, Internet entró en un período de gran desarrollo. En 1993, el gobierno de Estados Unidos propuso el plan de autopista de la información, el plan NⅡ. En 1995, los siete países occidentales aprobaron el plan GⅡ para desarrollar cierto conocimiento nacional. Estos hacen de Internet una red de supercomputadoras que cubre todo el mundo y se extiende horizontalmente a todos los países y hogares del mundo. Desde que Internet entró en nuestro país en los años 90, sus usuarios han crecido a un ritmo alarmante cada año. A finales de 2001, el número de usuarios en China había alcanzado los 15 millones. Con la popularidad de Internet, el protocolo TCP/IP se ha adoptado ampliamente. Como todos sabemos, ISO (Organización Internacional de Normalización) propuso en 1977 el modelo de referencia OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos), un modelo de referencia de siete capas. De hecho, no hay muchos productos que adopten el modelo de referencia OSI TCP/IP. Su tipo abierto puede interconectar varias redes de área local actuales, unificar reglas de dirección, unicidad de direcciones IP y nombres de dominio, y básicamente estandarizar protocolos de alto nivel. TCP El protocolo /IP también adopta una arquitectura en capas, pero no es completamente consistente con el modelo de referencia ISO/OSI. TCP/IP se divide en cuatro capas: capa de enlace, capa de Internet, capa de transporte y capa de aplicación. /p>
1.2 El desarrollo de Intranet y la aplicación exitosa de Gigabit Ethernet han convertido a Ethernet en la base para la integración de sistemas de edificios inteligentes
Con la creciente popularidad y el rápido desarrollo de la tecnología de Internet, la gente quiere El sistema de gestión de información utilizado en las empresas del grupo y el sistema de oficinas de los departamentos gubernamentales se denominan intranets. Aún no existe un término de traducción estándar para intranets. Algunas se denominan intranets y otras se denominan redes empresariales. Grandes grupos empresariales fuera del país ya han construido o están construyendo redes de intranet para interconectar la red interna de una unidad con la red externa. La intranet utiliza un protocolo TCP/IP unificado, tiene tecnología madura y un software de cliente simple y unificado al que se puede conectar. la intranet*. Disfrute de los ricos recursos de información de la humanidad. Al utilizar la intranet, las empresas pueden proporcionar un entorno de oficina flexible, eficiente, relajado y confiable para facilitar el intercambio y el intercambio de información, y pueden promover y publicar información de productos externamente. Basándonos en servicios estándar como intercambio de archivos, exploración de información, consulta de directorios, intercambio de impresiones, correo electrónico, administración de redes, inicio de sesión remoto, transferencia de archivos, etc., gradualmente logramos una oficina sin papel y realizamos una gestión empresarial científica y automatizada, para mejorar la competitividad. de las empresas.
Con la popularización y el desarrollo de las redes informáticas, las personas han planteado mayores requisitos de ancho de banda de la red, tales como: comunicaciones multimedia, vídeo bajo demanda, comercio electrónico, videoconferencias y alta definición. Licenciatura TV, telemedicina, educación a distancia, CAD/CAM, etc.
En la década de 1990, la gente comenzó a investigar Gigabit Ethernet. En 1998, IEEE aprobó el estándar IEEE802.32 y Gigabit Ethernet entró oficialmente en la era de las aplicaciones. Gigabit Ethernet tiene la misma estructura de trama que Ethernet de 10M y 100M, utiliza full-duplex o half-duplex para acceder al medio de transmisión y utiliza tecnologías de expansión de portadora y agrupación de paquetes para resolver el problema del diámetro de la red. Gigabit Ethernet define tres tipos de dispositivos: repetidores simples, conmutadores de red y distribuidores de búfer. Gigabit Ethernet tiene las siguientes características: Simplicidad: conserva la simplicidad de Ethernet Compatibilidad: conserva la tecnología básica de Ethernet, utiliza el mismo protocolo, el mismo formato de trama y admite el modo full-duplex/half-duplex, lo que garantiza una transición fluida de la red; actualizaciones. Se ha convertido en un hecho indiscutible que Gigabit Ethernet se ha convertido en la red troncal de las redes de área local y las intranets.
Por ello, el desarrollo de la Intranet y la exitosa aplicación de Gigabit Ethernet hacen necesario que cada edificio inteligente cuente con su propia red troncal de Intranet. En las circunstancias actuales, esta red
debe ser Gigabit Ethernet y debe utilizar el protocolo TCP/IP. Esta red es la red troncal del sistema integrado IBMS.
1.3 Con el desarrollo de la tecnología de bus de campo, Ethernet se está extendiendo desde la capa de gestión y la capa de control hasta la capa de campo.
El protocolo TCP/IP resuelve el problema entre la interconexión de redes y computadoras heterogéneas Protocolo de comunicación entre . Internet en el campo de la información ha tenido un gran impacto en todos los aspectos del campo de la automatización. Extendiéndose ya desde el nivel de gestión de los sistemas de automatización de edificios hasta el nivel de control, ahora se está extendiendo al nivel de campo.
A principios del año 2000, IEC anunció el estándar internacional de bus de campo IEC-61158. Este estándar adoptó 8 de los más de 30 buses de campo que existen actualmente en el mundo. Estos 8 buses y 8 protocolos son incompatibles entre sí y aún están lejos de ser un bus de campo unificado. Entre ellos, el bus HZ-HSE es Ethernet de 100M. La Industrial Automation Open Network Alliance IAONA es una organización internacional que se especializa en el desarrollo y la investigación en HSE. Ethernet como bus de campo puede tener dos problemas. Uno es el uso del método de transmisión de información CSMA/CD, que tiene el problema de la "incertidumbre" y es imposible determinar el momento de enviar la información de medición y control, por temor a que afecte. el control en tiempo real; el otro es la baja utilización de la línea, porque en la trama de datos de Ethernet, los bytes que no representan los datos reales son grandes y los datos reales en el campo de automatización son muy cortos y la eficiencia es baja. Por ejemplo: DI20 bytes, DO16 bytes, AIAO200 bytes, interfaz de comunicación 500 bytes, operación PID 500 bytes, contador 4 bytes, etc. De esta manera, cuando se utiliza el empaquetado de paquetes Ethernet, es necesario agregar una gran cantidad de señales con rellenos para cumplir con la longitud mínima del segmento de datos de 48 bytes, como DI, DO y contadores. Para resolver el primer problema, al mejorar la capacidad de transmisión de Ethernet, puede adaptarse a las necesidades del control en tiempo real. Para resolver el segundo problema, se puede utilizar el protocolo de datagramas UDP/IP en lugar de TCP/IP. Debido al uso de Ethernet de alta velocidad, estos problemas se resuelven fácilmente. Con el desarrollo de la tecnología Ethernet, en el campo de la automatización de edificios, puede haber una situación en la que Ethernet esté integrada en una red e Internet y la red de control estén integradas.
En resumen, los protocolos Ethernet y TCP/IP se han convertido en la base para la integración de sistemas inteligentes en edificios.
2 El modelo informático navegador/servidor se convertirá en el modelo informático principal para los sistemas de integración de edificios inteligentes, y el servidor intermedio se convertirá en el puente para la integración de sistemas de edificios inteligentes
Debido a la popularidad La evolución de las computadoras personales y el desarrollo ha hecho que el modelo informático de las redes informáticas pase del modelo informático centralizado dominado por mainframes al modelo informático cliente/servidor.
Debido al desarrollo de los navegadores, el modelo informático de las redes informáticas ha comenzado a cambiar al modelo informático navegador/servidor
2.1 El modelo informático de las redes informáticas ha comenzado a cambiar al modelo informático navegador/servidor. El modelo informático de navegador/servidor se convertirá en el principal modelo informático de los sistemas integrados de edificios inteligentes
Las redes informáticas suelen utilizar ordenadores centrales como punto de partida, y muchos usuarios finales disfrutan de los recursos de CPU y las funciones de almacenamiento de datos de los mainframes. Este modo se llama modo de computación centralizada o modo de tiempo compartido. Las principales desventajas de este modelo son que el host es demasiado pesado, el equipo es caro, la confiabilidad y disponibilidad del sistema dependen del host y es difícil ampliar las funciones.
Con la popularidad y el desarrollo de las computadoras personales, el modelo informático cliente/servidor ha reemplazado gradualmente al modelo informático centralizado. En el modo informático C/S, uno o más clientes están conectados a uno o más servidores para formar un sistema informático distribuido. En este modo, la aplicación se divide en una parte del cliente en el front-end y una parte del servidor en el back-end. El cliente es responsable de interactuar con los usuarios y recopilar información del usuario. Puede solicitar al servidor que complete cálculos a gran escala o aplicaciones a gran escala y luego enviar los resultados devueltos por el servidor al usuario. Optimice la utilización de la red porque el cliente solo pasa el contenido solicitado al servidor y el servidor solo devuelve el resultado final.
Debido al desarrollo de los navegadores, el modelo informático de las redes informáticas comenzó a cambiar al modelo navegador/servidor, es decir, el modelo B/S. Descomponga el servidor en el modelo C/S tradicional en un servidor web y uno o más servidores de bases de datos. El cliente ya no está conectado directamente al servidor, sino al servidor web. Luego, el servidor web se conecta al servidor de la base de datos. La solicitud del usuario se envía al servidor web, y luego el servidor web la envía al servidor de la base de datos a través de CGI. El servidor web formatea el resultado en formato HTML y se lo devuelve al usuario. Esta red de intranet de tres capas utiliza estándares técnicos TCP/IP unificados, tecnología madura y software de cliente simple para ver información a través de un navegador. La relación rendimiento-precio es superior y los recursos existentes se pueden aprovechar al máximo.
En la actualidad, aunque el modo C/S y el modo B/S coexisten, el modo B/S es fácil de desarrollar, aplicar, mantener y actualizar, y es fácil formar una intranet, por lo que se ha convertido en el modo de computación en red dominante. Por lo tanto, el modelo informático navegador/servidor se convertirá en el principal modelo informático de los sistemas integrados de edificios inteligentes.
2.2 La madurez de la tecnología y los productos intermediarios ha convertido al intermediario en un puente para la integración de sistemas de edificios inteligentes
En comparación con el modelo informático centralizado tradicional centrado en grandes computadoras, cliente/servidor Las ventajas de Los modelos informáticos se comprenden bien. El modelo cliente/servidor no ha dado lugar a un gran número de aplicaciones, principalmente por la falta de herramientas de desarrollo eficaces. Escribir software directamente para la red es muy adecuado para algunos expertos en el campo de la comunicación, pero para la mayoría de los programadores que desarrollan aplicaciones, es muy difícil escribir dicho software de aplicación multiplataforma, multiprotocolo y multilenguaje de programación. algo que requiere mucho tiempo. Como la diversidad de sistemas operativos y complicados programas de red
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En el modelo informático B/S, el middleware es responsable para gestionar la Web Se comunica entre servidores y servidores de bases de datos y proporciona servicios de aplicaciones. Las tecnologías de middleware más básicas son la interfaz de puerta de enlace común (CGI) y la interfaz de programación de aplicaciones API. Puede acceder directamente o llamar a programas externos para acceder a la base de datos, proporcionar páginas HTML relacionadas con la base de datos o ejecutar consultas de usuarios, mientras formatea los resultados de la consulta en páginas HTML y los devuelve al navegador del usuario a través del servidor web. CGI permite que el servidor web ejecute aplicaciones externas y acceda a recursos de bases de datos a través de programas externos para generar documentos HTML y devolverlos al navegador.
CGI proporciona una forma sencilla de conectarse a la base de datos. El middleware es un tipo de software entre el software de aplicación y el software del sistema. Es el conector entre el cliente y el servidor. Cambia su complejidad por la simplicidad de las aplicaciones del usuario. El middleware es un software basado en procesamiento distribuido, que puede resolver el problema de la interconexión y el intercambio de múltiples recursos de datos heterogéneos en un entorno informático distribuido en red y realizar el trabajo colaborativo de múltiples aplicaciones de software. El uso de middleware también puede mejorar la eficiencia del desarrollo de los sistemas de software de aplicaciones y hacer que la escalabilidad y expansibilidad del sistema sean más ideales. Desde la década de 1990, la tecnología y los productos middleware han madurado gradualmente y han comenzado a aplicarse. Lo que se señala particularmente es que el comienzo de nuestro país en la producción intermedia es básicamente el mismo que el de los países extranjeros, y su participación en el mercado interno está básicamente en la misma línea de partida que la de los fabricantes extranjeros. La madurez de la tecnología y los productos del middleware ha convertido al middleware en un puente para la integración de sistemas de edificios inteligentes, mejorando enormemente el desarrollo de la tecnología de integración de sistemas de edificios inteligentes.
3 La tecnología OPC y la tecnología ODBC han abierto nuevas formas de integración de sistemas. El uso de la tecnología OPC y la tecnología ODBC para realizar la integración de sistemas de edificios inteligentes se convertirá en la principal forma de integración de sistemas de edificios inteligentes.
Los dispositivos de hardware para la interconexión de redes se han estandarizado y comercializado. Por lo tanto, cuando pensamos en la integración de sistemas, nos enfrentamos principalmente al problema de la integración de software y cómo lograr la interoperabilidad a través de protocolos de comunicación estándar. A medida que los requisitos funcionales de los edificios inteligentes continúan creciendo, los tipos y alcance de los sistemas de monitoreo para diversos equipos mecánicos y eléctricos en el edificio continúan expandiéndose. Pueden utilizar diferentes plataformas de red y diferentes protocolos de comunicación. Al realizar la integración del sistema BMS, para resolver los problemas de interconexión e interoperabilidad, los medios técnicos utilizados son aproximadamente los siguientes:
1. Utilizar un protocolo de comunicación unificado para realizar la integración del sistema.
2. Utilice la conversión de protocolos para lograr la integración del sistema.
3. Utilice la tecnología OPC para lograr la integración del sistema.
4. Utilice la tecnología ODBC para lograr la integración del sistema.
3.1 Utilice un protocolo de comunicación unificado para lograr la integración del sistema.
Los sistemas de automatización de edificios deben pertenecer a la categoría de control de procesos. No se ha establecido un protocolo de comunicación estándar internacional durante mucho tiempo. La situación es un serio obstáculo para el desarrollo de la tecnología de construcción inteligente. En 1995, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de HVAC lanzó el primer protocolo de comunicación estándar abierto en el campo del control automático de edificios: BACnet. Este protocolo se combina estrechamente con las características de los proyectos de construcción y define 23 tipos de objetos, 39 tipos de servicios y. 6 tipos de enlaces de datos. La estructura, la arquitectura de red de tres capas, se está desarrollando en la dirección de BACnet/IP. Ese mismo año, pasó la certificación ANSI y se convirtió en un estándar nacional estadounidense. Muchos fabricantes de equipos de aire acondicionado, refrigeración, calderas, transformación y distribución de energía han adoptado este protocolo estándar, creando una situación muy favorable para la integración de sistemas de edificios inteligentes.
BACnet adopta cinco protocolos EIA232-PTP, EIA485-MS/TP, LonTalk, Arcnet y Ethernet. Sin embargo, en el protocolo BACnet anterior, la interconexión de equipos producidos por diferentes fabricantes aún debe pasar por un convertidor de protocolo y un sistema abierto. La implementación aún no se ha logrado.
LonWorks es una red abierta e interoperable totalmente distribuida que utiliza el protocolo LonTalk lanzado por la empresa estadounidense Eslan en 1990. Los productos certificados por la Asociación de Interoperabilidad LonMark tienen un buen sexo de interoperabilidad. Sin embargo, este método no es un sistema abierto en el verdadero sentido, porque este acuerdo no es neutral para los fabricantes. Contiene los derechos de propiedad intelectual de Eslan. Un sistema verdaderamente abierto debería ser neutral para varios fabricantes.
3.2 Uso de la conversión de protocolos para lograr la integración del sistema
Los convertidores de protocolos se pueden utilizar para interconectar redes con diferentes protocolos. Los convertidores de protocolo se dividen en convertidores de protocolo dedicados y convertidores de protocolo estándar. Un convertidor de protocolo dedicado se refiere a un convertidor dedicado entre dos protocolos. Al utilizar este tipo de convertidor de protocolo, si desea conectar varios tipos diferentes de redes, necesitará varios tipos de convertidores de protocolo. A veces, los convertidores de protocolos tienen dificultades para hacer coincidir diferentes protocolos y servicios de red. Además, esta estructura no proporciona un mecanismo confiable de extremo a extremo cuando falla el convertidor de protocolo, por lo que no se recomienda este convertidor de protocolo dedicado. Utilizando un convertidor de protocolo estándar, se adopta una estructura de comunicación simple para la comunicación interna en la LAN, incluida la capa física, la capa de enlace y el protocolo de sesión/transporte que proporciona servicios de conexión a la capa de aplicación. En esta solución, todas las estaciones conectadas a la red local solo usan un protocolo de sesión/transporte simple, y todos los convertidores de protocolo solo usan el mismo protocolo de capa de transporte e IP para la comunicación. Esto resuelve el problema de coincidencia de Internet. Con el desarrollo de la tecnología, la aplicación del método de conversión de protocolos será cada vez menor. En particular, la aplicación exitosa de la tecnología OPC y la tecnología ODBC ha abierto nuevas formas para la interconexión de redes de diferentes protocolos, y habrá menos aplicaciones de métodos de conversión de protocolos.
3.3 Uso de la tecnología OPC para lograr la integración del sistema
La vinculación e incrustación de objetos OLE es un protocolo proporcionado por Microsoft para el intercambio de datos y la comunicación entre aplicaciones. Permite vincular aplicaciones con otros objetos de software. En los Estados Unidos, una organización ha definido un estándar de comunicación basado en OLE, OLE para control de procesos, es decir, OPC se centra en la estandarización de la lectura y escritura de datos y la transmisión de datos entre el software de aplicación y el equipo de control de procesos. .
OPC proporciona un método para la transmisión de datos entre el software de aplicación del dominio de gestión de información y el dominio de control en tiempo real, proporciona un método para que el software de aplicación acceda a los datos del equipo de control de procesos y resuelve problemas estándar de comunicación entre el software de aplicación y equipos de control de procesos. Cuando los dispositivos se interconectan a través de OPC, el software de aplicación, como el software de aplicación gráfica, el software de aplicación de análisis de tendencias y el software de aplicación de alarma, se basan en el estándar OPC, y los controladores de los dispositivos de campo también se basan en el estándar OPC. En un entorno OPC unificado, cada programa de aplicación puede leer directamente los datos de los dispositivos de campo sin la necesidad de compilar programas de interfaz dedicados uno por uno. Cada dispositivo de campo también puede interconectarse directamente con diferentes aplicaciones. La importante función de OPC es estandarizar el software del equipo, de modo que los productos de diferentes plataformas de red, diferentes protocolos de comunicación y diferentes fabricantes puedan interconectarse e interoperarse fácilmente. La mejora y promoción de la tecnología OPC ha creado un buen entorno de software para la integración integral del dominio de control en tiempo real y el dominio de gestión de la información al integrar sistemas de edificios inteligentes. Por lo tanto, OPC ha creado una nueva forma de integración de sistemas y OPC se convertirá en el principal método de integración de sistemas.
3.4 Uso de la tecnología ODBC para lograr la integración del sistema
ODBC es una interfaz estándar introducida por Microsoft para que los programas de aplicación accedan a bases de datos. También es un estándar para resolver la interconexión entre bases de datos heterogéneas. , ha sido aceptado por la mayoría de los proveedores de bases de datos. Este estándar se aplica a una variedad de bases de datos. El software de aplicación compatible con ODBC puede consultar y modificar diferentes tipos de bases de datos a través del lenguaje de consulta estructurado SQL.
De esta forma, una única aplicación puede acceder a muchos tipos diferentes de bases de datos y archivos en distintos formatos. ODBC proporciona un método abierto para acceder a datos desde computadoras personales, minicomputadoras y bases de datos de mainframe. Utilizando ODBC, los desarrolladores pueden desarrollar aplicaciones que accedan a múltiples bases de datos heterogéneas en paralelo. Ahora, ODBC se ha convertido en el estándar API para que los clientes accedan a las bases de datos del servidor. Siempre que la base de datos utilizada admita las especificaciones técnicas ODBC, se puede intercambiar información independientemente del tipo de base de datos. El uso de ODBC y otras tecnologías abiertas de ejecución de datos distribuidos para lograr la integración del sistema también es una forma importante para que los edificios inteligentes logren la integración del sistema.
Si comparamos la tecnología OPC con la tecnología ODBC, podemos encontrar que la tecnología OPC ahora es más madura y tiene más productos que la tecnología ODBC, y mi país ya tiene tecnología y productos OPC relativamente maduros. Por lo tanto, el uso actual de la tecnología OPC para lograr la integración del sistema puede ser más extenso que el uso de la tecnología ODBC para lograr la integración del sistema. La integración y complementación de las dos tecnologías acelerará el desarrollo de la tecnología de integración de sistemas.
4 Ahora que se han cumplido inicialmente las condiciones para una integración perfecta de los sistemas de construcción inteligentes, la integración de sistemas de construcción inteligentes alcanzará nuevas alturas y amplitud
La integración de sistemas de construcción inteligentes en términos generales, lo siguiente Deben cumplirse las siguientes condiciones: condiciones de la red informática, condiciones del software de aplicación informática, condiciones de inteligencia de subsistemas e independientes de equipos electromecánicos y condiciones de tecnología de integración de sistemas. Sólo cuando se cumpla básicamente esta condición será posible realizar la integración del sistema de edificios inteligentes. Cuando hablábamos de integración de sistemas de construcción inteligentes en el pasado, siempre sentimos que era algo del futuro. Hay dos razones principales: por un lado, no existe una forma ideal de realizar la integración del sistema BMS. Por otro lado, debido a la falta de software de aplicación para el negocio principal de varios edificios civiles, el sistema de automatización de oficinas solo puede hacerlo. asumir la responsabilidad de la gestión de propiedades y la gestión de transacciones. El sistema de automatización está a nivel transaccional y carece de un sistema de ofimática completo y completo;
Debido al desarrollo de Internet y la aplicación exitosa de Gigabit Ethernet, Las condiciones de la red informática están disponibles. Debido al desarrollo de la tecnología de control de microcontroladores y la tecnología de bus de campo, varios equipos y subsistemas electromecánicos se han vuelto cada vez más inteligentes, y existen correlaciones inherentes entre varios equipos y subsistemas que requieren integración del sistema. Especialmente con el desarrollo de la tecnología de software, el software utilizado para el negocio principal de varios edificios civiles se ha vuelto cada vez más maduro, como software de gestión de bibliotecas comerciales y software de gestión de museos para grandes almacenes; ; software de gestión de competiciones deportivas, etc. El nivel de este software ha entrado básicamente en el nivel de los sistemas administrativos de ofimática. Hoy en día, el sistema ofimático en un edificio inteligente no es sólo la gestión empresarial y la gestión inmobiliaria, sino que ha entrado en la gestión del negocio principal. En particular, la promoción y aplicación de la tecnología OPC y la tecnología ODBC han creado las condiciones para una integración perfecta del sistema en edificios inteligentes. La integración del sistema de edificios inteligentes alcanzará una nueva altura y amplitud.
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