CN101449591A - 识别过程组件的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
RFID收发机询问置于过程组件中的RFID标签,并将存储在RFID标签中的识别数据提供给与该过程组件相耦合的过程测量设备。基于接收到的识别数据,过程测量设备进行自配置以解释该过程组件提供的数据。正确的配置使得过程测量设备可以向控制室提供有用的过程数据。
Description
技术领域
本发明涉及工业过程控制和监控。特别是涉及对连接到过程测量设备或变送器的过程监控及控制组件进行无线识别。
背景技术
过程测量点(process measurement point)是对在工业过程中使用的诸如压强、温度、流速以及高度等过程特征进行远程或本地监控的系统。过程测量点包括已连接的过程测量设备或变送器,该过程测量设备或变送器从与过程测量设备相连接的单独的过程组件接收输入(电子的或机械的)。过程测量设备将从单独组件接收到的机械或电子输入转换为输出,该输出通过标准的模拟或数字通信系统(如HART、Fieldbus、Profibus、Modbus、deviceNet等)传递到控制室。
为了精确地转换从单独的过程组件接收到的机械或电子输入,过程测量设备必须基于提供输入的单独过程组件进行配置。例如,通过主元件(primary element)(即一种过程组件)接收过程流体中与流相关的机械输入数据(即速度、压力等)的过程测量设备,需要基于所使用的主元件的特定类型进行配置。
一些情况可能导致过程测量设备被错误的配置。如,当过程测量点系统初始化配置时,就有可能产生错误。配置过程测量设备通常是通过手动进行,操作员输入与过程组件相关的识别细节(如过程组件的类型),该过程组件与过程测量设备相连接。这是一个缓慢而且容易出错的过程。如果与特定过程组件相关的识别数据输入错误,过程测量设备将不能正确地解释过程组件提供的数据。
另外一种可能导致对过程测量设备进行错误配置的情况涉及在更换过程组件时发生的错误。在一段时间后,过程组件上的型号和编号常常会磨损并难以识别,这会导致识别被更换的过程组件时产生混淆。如果不正确的组件被用作替换件,过程测量设备便可能提供错误结果。
因此,提供一种不必使用手动配置过程测量设备的过程测量点系统能带来有益的效果,提供一种减少更换过程组件相关错误的系统也能带来有益的效果。
发明内容
本发明提供了一种配置过程测量点系统的系统及方法。在一个实施例中,过程测量点系统包括多个过程组件,其中多个过程组件中的每一个都包括存储了与该过程组件相关的识别信息的射频标识(radiofrequency identification,RFID)标签。过程测量点系统还包括已连接的过程测量设备,该过程测量设备基于从多个过程组件中的至少一个接收到的机械或电子输入向控制室提供过程测量数据。RFID收发机用于询问与多个过程组件中的每一个相关联的RFID标签。过程测量设备被配置成基于识别信息来解释来自多个过程组件中的至少一个的输入。
附图说明
图1是本发明中带有手持收发机的过程测量点系统的功能模块图,该手持收发机用于询问过程组件中的RFID标签。
图2A和图2B是本发明中带有过程测量设备的过程测量点系统的功能模块图,该过程测量设备带有一个用于询问过程组件中的RFID标签的内置收发机。
图3A是用于阐述本发明的典型实施方式的过程测量点系统的示意图。
图3B是图3A所示的过程测量设备的剖面图,包括置于过程测量设备中的电路的功能图。
图4是基于从过程组件的RFID标签接收到的识别信息配置过程测量点系统的流程图。
具体实施例
图1示出了过程系统10的典型实施例,包括过程测量点系统12、手持射频识别(RFID)收发机14以及控制室15。过程测量点系统12包括过程测量设备(或变送器)16、过程组件18a和18b,RFID标签20a和20b。RFID标签20a存储识别过程组件18a的数据,RFID标签20b存储识别过程组件18b的数据。在本发明的实施例中,手持RFID收发机14通过无线方式分别与RFID标签20a和20b通信,接收与过程组件18a和18b相关的识别信息。该识别信息被提供给过程测量设备16,过程测量设备16利用这些识别信息对自身进行配置以正确地解释过程组件18a和18b提供的数据。
过程测量设备16被连接以接收来自过程组件18a和18b的输入(机械或电子的)。每一个过程组件都可以向过程测量设备16提供单独或多个输入,或几个过程组件也可以共同向过程测量设备16提供单个输入。基于来自过程组件18a和18b的输入,过程测量设备16解释与过程相关的过程测量数据,在一些情况下还会进行计算。过程测量设备通过标准的模拟或数字通信系统(如HART或Fieldbus)将过程数据传递到控制室15。
为了向控制室15提供有用的数据,过程测量设备16必须基于所连接的过程组件的类型而进行正确的配置。例如,如果过程组件18a是主元件,过程测量设备16必须基于主元件的属性(如,主元件的类型、尺寸、形状等)进行配置,从而过程测量设备16可以正确地解释来自压力传感器的压力数据,以计算流速数据。如果过程测量设备16基于错误的主元件类型进行配置,其提供的过程数据便不能准确地反映当前过程状况。举例来说,主元件的类型包括孔式流量计、管嘴式流量计、文丘里(venturi)流量计、楔形流量计以及锥形流量计。
RFID标签20a和20b分别存储与过程组件18a和18b相关联的识别信息。RFID标签20a和20b可以是“无源的”或“有源的”。无源RFID标签没有独立的电源,因此必须依赖手持RFID收发机14提供的能量来传输存储的数据。无源RFID标签通常不能写入数据,操作范围比较小,与对等的有源RFID标签相比存储的数据也少(如,128bit的数据)。有源RFID标签有独立的电源,允许有源RFID传输数据而无需向手持RFID收发机14请求能量。有源RFID标签可以在更广的范围进行通信,并可以存储更大量的数据(如1Mbyte)。
RFID标签20a存储的数据包括如过程组件18a的元件编号或型号等识别信息,也包括由被识别的过程组件的类型所决定的产品规格数据。例如,如果过程组件18a是主元件,那么RFID标签20a可以存储识别主元件的类型的型号以及描述该主元件的尺寸和形状数据。不同的产品规格数据可以根据被识别的过程组件的不同而存储在RFID标签中。
为了配置过程测量设备16,手持RFID收发机14询问RFID标签20a和20b,RFID标签20a和20b分别向手持RFID收发机提供与过程组件18a和18b相关的识别信息。手持RFID收发机14通过标准模拟或数字通信系统(如,使用HAT、Fieldbus、Profibus、Modbus、deviceNet等通信协议的系统)向过程测量设备16提供该识别信息。过程测量设备16基于手持RFID收发机14提供的识别信息自动对自身进行配置。基于连接到过程测量设备16的过程组件18a和18b,过程测量设备的自动配置可以包括过程应用软件或过程硬件组件的配置。一旦配置完成,过程测量设备16能够正确地解释从过程组件18a和18b接收到的测量数据。过程测量设备16还能够使用标准的模拟或数字通信系统将从RFID收发机14接收到的识别数据传递到控制室15。
因此,当最初配置过程测量点系统12时,装备有手持收发机14的操作员向过程测量设备16提供识别数据,使得过程测量设备可以对自身进行配置,以正确地解释过程组件18a和18b提供的数据。同样地,负责更换磨损的过程组件的操作员使用手持收发机14询问该磨损组件,使得该操作员可以准确地识别该过程组件并由此用正确的替换件进行替换。
在另一个实施例中,手持RFID收发机14包括数据库,使得手持收发机14可以基于从RFID标签20a和20b接收到的识别信息判定怎样配置过程测量设备16。在这个实施例中,配置过程测量设备16的能力转移到手持RFID收发机14。该实施例可以应用在当前过程测量点系统中的过程测量设备没有自动对自身进行配置的能力这一情况下。
图2A和2B分别示出了过程测量点系统30和42。图2A示出了过程测量点系统30,其包括带有内置RFID收发机34以询问RFID标签的过程测量设备32。过程测量设备32被连接以接收来自过程组件传感器36a和36b(一种向过程测量设备32提供电子输入的过程组件)的电子输入。过程组件传感器36a和36b分别配置有RFID标签38a和38b。图2B示出了过程测量点系统42,其包括带有内置RFID收发机44以与RFID标签进行通信的过程测量设备42。过程测量设备44被连接以接收来自机械过程组件48a和48b的机械输入。过程组件48a和48b分别配有RFID标签50a和50b。
如图2A所示,过程测量设备32接收来自过程组件传感器36a和36b的电子输入。在其他实施例中,过程测量设备32可以接收来自任意数目的传感器的输入。为了正确地解释过程组件传感器36a和36b提供的输入,过程测量设备32必须基于对过程组件传感器36a和36b的标识进行配置。例如,在一个实施例中,过程组件传感器36a可以是电阻性温度设备(resistive temperature device,RTD)。RTD根据不同温度提供不同的电阻。过程测量设备32使用输入/输出线40a施加RTD两端上的电压并测量因此产生的电流。测得的电流与RTD的电阻值相关,而RTD的电阻值基于感测到的温度。根据RTD的类型不同,不同的温度导致不同的电阻值,对于施加的同一个电压会产生不同的电流值。因此,过程测量设备32必须基于所使用的RTD的类型进行配置。
在另一个实施例中,过程组件传感器36a可以是热电耦(thermocouple,TC),该TC在输入/输出线40a之间提供基于感测到的温度而变化的电压。根据所使用的TC的类型不同,不同的温度值可以产生不同的电压值。进而,过程组件传感器36a是RTD设备还是TC设备将决定用于接收来自传感器36a的输入的硬件配置。例如,如果过程组件传感器36a是RTD设备,则过程测量设备32必须被配置成向传感器提供电压并测量因此产生的电流。相反,如果过程组件传感器36a是TC设备,则过程测量设备不需要提供电压,而是测量输入/输出线40a之间的电压。因此,向过程测量设备提供过程组件传感器36a(RTD,TC或其他类型)的正确标识是很重要的。
同样地,如图2B所示,过程测量设备44接收来自过程组件48a和a8b的机械输入。为了正确地解释过程组件48a和48b提供的输入,过程测量设备44必须基于过程组件48a和48b的标识而配置。例如,如同上面与图1相关的描述,如果过程组件48a是主元件,那么需要主元件的类型、尺寸和几何形状来配置过程测量设备44。
图2A和2B所示的过程测量点系统30和42分别阐述了过程测量设备32和44使用内置的收发机34和46对自身进行自动配置的能力。这就使得没有必要让操作员手工配置过程测量设备32。在一个实施例中,过程测量设备32可以周期性地轮询(polling)RFID标签38a和38b。如果传感器36a被替换为新的传感器(携带新的相关的RFID标签),过程测量设备32确定是否正确型号的传感器替换了传感器36a,如果是,过程测量设备32基于用于替换传感器36a的传感器的新类型对自身进行重新配置。过程测量设备32也通过标准模拟或数字通信系统将RFID收发机34所获取的识别数据传递到控制室。这就使得操作员没有必要在物理上移动到过程测量点系统32去手动识别与过程测量设备相连接的过程组件。图2B中的过程测量点系统42可以包括与所讨论的图2A中过程测量点系统同样的功能。
图3A和3B示出了过程测量点系统56,其包括过程测量设备58、RFID收发机天线59、法兰60a(以及伴随的RFID标签60b)、复式接头(manifold)62a(以及伴随的RFID标签62b)、连接管64a和65a(以及分别伴随的RFID标签64b和65b)、栓结的支持框架的主元件66a(以及伴随的RFID标签66b)、流管68a(以及伴随的RFID标签68b)、流调节器70、流管72、法兰74、流管76、热电偶套管及过程组件传感器78(以及伴随的RFID标签78b),导管79(带有把过程组件传感器78a连接到过程测量设备58的输入/输出线)。过程组件传感器78a通常可以置于热电偶套管中,因此,一起被称作热电偶套管及过程组件传感器78a。图3B是置于过程测量设备58内的电路的功能图。过程测量设备包括变送器电路80、RFID收发机电路82,接收来自过程组件传感器78a的输入的传感器电路84、电容性差压传感器88、以及用于解释来自差压传感器88的输入的传感器电路86。在这个实施例中,过程测量设备58中包括了RFID收发机59和收发机电路82,而在其他实施例中,RFID收发机电路可以位于手持RFID收发机中,该RFID收发机位于过程测量设备58之外。
在图3A和3B所示的实施例中,过程测量点系统56测量主元件66a两侧上的压力。基于测量到的压力和所使用的主元件的类型,过程测量设备58能够判定与流经管72、68a以及76(统一称之为管道)的过程流体相关联的流速。当过程流体通过管道时,主元件66a起到限制其流动的作用。通过复式接头62a和法兰60a,连接管64a和65a从主元件66a的任一侧向过程测量设备58提供过程流体。
如图3B所示,与主元件66a的左侧的过程流体相关的压力P1被提供给压力传感器88的一侧。同时,与主元件66a的右侧的过程流体相关的压力P2被提供给压力传感器88的相对一侧。压力传感器88带有随压力P1和P2的函数形式而变化的电容。传感器电路86将该电容转换为表征感测到的过程差压(或流速)的电信号,并将该电信号提供给变送器电路80,变送器电路80将差压或流速过程数据传递到控制室。可以通过使用过程控制环路来完成这个工作,过程控制环路例如可以包括:使用或是FeildbusTM协议的两线环路、无线控制环路或其他合适的通信环路。传感器电路86所使用的过程应用软件必须基于主元件66a的类型进行正确的配置,该主元件用于提供有用的数据。因此,需要进行正确的识别并将识别数据传递到过程测量设备58。
如图3B所示,过程测量设备58包括用以询问RFID标签的内置RFID收发机59以及对应的收发机电路82。这使得过程测量设备58可以基于RFID电路82接收到的与过程组件(如主元件66a)相关的识别信息而自动地对其自身进行配置。因而,RFID收发机59询问RFID标签66b(以及其他RFID标签)以获取存储在RFID标签66中的识别信息,该识别信息与主元件66a的类型、尺寸和几何形状相关。RFID收发机59将接收到的识别信息通过收发机电路82传递到变送器电路80。变送器电路80使用识别信息来配置位于传感器电路86中的过程应用软件。
除了接收到的与压力相关的机械输入外,过程测量设备也从置于热电偶套管78a中的过程组件传感器(在本图中不可见)接收与过程流体的温度相关的电子输入。基于测量到的与热电偶套管接触的过程流体的温度,过程组件传感器通过位于导管79中的标准模拟或数字通信线路向传感器电路84提供电子输入。RFID标签78b位于热电偶套管78a中,并存储与过程组件传感器相关的识别信息。RFID收发机59询问RFID标签78b以获取与传感器相关的识别信息,并将该信息提供(通过收发机电路82)给变送器电路80。变送器电路80配置与传感器电路84相关联的硬件或软件。例如,如果传感器是RTD设备,变送器电路80配置传感器电路84中的硬件以提供所需的电压给RTD,并测量相应的通过RTD设备的电流。相反,如果传感器是TC设备,变送器电路80配置传感器电路84中的硬件,以测量TC设备两端上的电压。
RFID收发机59也询问与过程测量点系统56中的其他组件相关的其他RFID标签,例如法兰60a、复式接头62a、连接管64a和65a、以及流管68a。根据应用的不同,与某些过程组件(如复式接头62a)相关的识别数据不需要用于配置过程测量设备58。然而,进行正确的识别并向控制室提供识别数据的能力带来了一系列的好处,如可以定制替换件而无需派出操作员到现场环境中去人工读取过程组件的器件编号。此外还可以提供现场中所有过程组件的一份连续的清单。
虽然图3A和3B阐述了本发明在测量管道中的流以及过程流体的温度的应用,本发明还可以在使用过程组件的其他多个应用中实现。例如,过程组件可以用于高度检测应用,在该应用中,过程组件测量容器(tank)中的过程流体的压力。过程测量设备连接到过程组件并基于过程组件进行正确的配置。该过程测量设备基于所提供的压力测量来判定容器中流体的高度。使用携带与过程组件相关的识别信息的RFID标签,使得过程测量设备可以基于所连接的过程组件而进行正确的配置。可采用本发明的其他应用包含导向波(guided wave)雷达过程组件。该过程组件提供与容器中的过程流体的高度相关的数据。从导向波雷达组件接收输入的过程测量设备必须基于所连接的导向波雷达组件的类型进行配置。
图4是阐述本发明操作的流程图。在步骤90中,收发机询问附着于过程组件和传感器的RFID标签。收发机可以是与图1相关的讨论的手持收发机,或者是与图2A、2B和3相关的讨论的内置收发机。根据应用的不同要求,RFID标签可以是无源的或者有源的。在步骤92中,收发机接收到来自与每一个过程组件和传感器相关联的RFID标签的识别信息。步骤94中,识别信息或数据从RFID收发机传递到过程测量设备16。如果RFID收发机是手持RFID收发机,识别信息通过标准模拟或数字通信系统(如使用HART、Fieldbus、Profibus、Modbus、deviceNet等通信协议的系统)进行传递。在RFID收发机是手持RFID收发机的一个实施例中,过程测量设备的配置由手持RFID收发机直接执行,因而不需要向过程测量设备提供识别信息的步骤。
在步骤96中,提供给过程测量设备的识别信息进一步被提供给控制室。在一个实施例中,识别信息应请求而被发送到控制室。在其他实施例中,识别信息在过程测量设备的初始化配置时发送给控制室,或者在与过程测量设备连接的过程组件发生变化时发送给控制室。
在步骤98中,过程测量设备基于收发机接收到的识别信息进行配置。如上所述,在一个实施例中,手持收发机基于从RFID标签接收到的识别信息对过程测量设备进行配置。在其他实施例中,手持收发机向过程测量设备提供识别信息,过程测量设备基于提供的识别信息自动对其自身进行配置。在其他实施例中,过程测量设备包括内置收发机,这种情况下,不必使用手持RFID收发机向过程测量设备提供识别信息。
通过配置过程测量设备,过程测量设备中的硬件或软件被配置以正确解释由与过程测量设备相连接的过程组件提供的机械或电子数据。
在步骤100中,过程测量设备从过程组件接收机械和/或电子输入。基于过程组件接收到的输入以及收发机提供的识别数据,在步骤102中,过程测量设备计算过程数据。对连接到过程测量设备的过程组件进行准确识别使得过程测量设备正确地解释从过程组件接收到的输入。在步骤102中,过程测量设备向控制室提供过程数据。
由此阐述了提供对与过程测量设备相连接的过程组件和传感器进行无线识别的过程测量点系统。在与每一个过程组件相关联的RFID标签中存储了与特定过程组件或传感器相关联的识别信息,如型号和识别特征。向过程测量设备提供识别过程组件和传感器的数据,使得过程测量设备可以自动对其自身进行配置,以正确地解释从过程组件和传感器接收到的机械和电子输入。这就避免了操作员根据对过程组件进行的肉眼检测来配置过程测量设备,而肉眼检测是缓慢且容易出错的过程。进一步地,过程测量设备向控制室提供接收到的与过程测量设备和传感器相关的识别信息,为控制室提供了在一个特定过程测量点系统中使用的所有过程组件和传感器的清单,使得控制室无需向过程组件所在的位置派遣操作员以检测组件的标识便可以定制新的器件。
虽然根据较佳的实施例对本发明进行了阐述,本领域一般技术人员可知,在不背离本发明的精神和范围的前提下,可对本发明的形式和细节进行改变。
Claims (26)
1、一种过程测量点系统,所述系统包括:
过程组件,包含存储与所述过程组件相关的识别信息的射频标识(RFID)标签;
过程测量设备,被连接以接收来自所述过程组件的输入,并至少部分地基于从所述过程组件接收的输入来计算过程数据;以及
RFID收发机,用于询问与所述过程组件相关联的RFID标签,其中从所述RFID标签接收到的识别信息被提供给所述过程测量设备,基于所述识别信息来配置过程测量设备,以解释从所述过程组件接收到的输入。
2、根据权利要求1所述的过程测量点系统,其中,所述RFID收发机是手持RFID收发机设备,包括向所述过程测量设备提供从所述RFID标签接收到的识别信息的通信系统。
3、根据权利要求2所述的过程测量点系统,其中,所述过程测量设备自动对其自身进行配置,以基于从所述手持RFID收发机接收到的识别数据来计算过程数据。
4、根据权利要求2所述的过程测量点系统,其中,所述RFID收发机包括存储配置数据的存储器,其中所述RFID收发机基于从所述RFID标签接收到的识别信息来配置所述过程测量设备。
5、根据权利要求1所述的过程测量点系统,其中,所述RFID收发机包含在所述过程测量设备中,所述过程测量设备基于从所述RFID收发机接收到的识别信息而自动地对其自身进行配置。
6、根据权利要求1所述的过程测量点系统,其中,所述过程测量设备包括:
传感器电路,被连接以接收来自所述过程组件的输入;以及
变送器电路,被连接以从所述传感器电路接收过程数据,并从所述RFID收发机接收识别信息,其中,所述变送器电路基于从所述RFID收发机接收到的识别信息对所述传感器电路进行配置。
7、根据权利要求6所述的过程测量点系统,其中,所述传感器电路运行过程应用软件,所述变送器电路基于从所述RFID收发机接收到的识别信息来配置所述过程应用软件。
8、根据权利要求6所述的过程测量点系统,其中,所述传感器电路包含硬件,所述变送器电路基于从所述RFID收发机接收到的识别信息来配置所述硬件。
9、根据权利要求1所述的过程测量点系统,其中,所述过程组件是主元件。
10、根据权利要求9所述的过程测量点系统,其中,与所述主元件相关联的识别信息包括至少下列之一:主元件类型、主元件尺寸、以及主元件形状。
11、根据权利要求1所述的过程测量点系统,其中,所述过程组件是传感器。
12、根据权利要求11所述的过程测量点系统,其中,与所述传感器相关联的识别信息包括传感器类型。
13、一种运行过程测量点系统的方法,所述方法包括:
询问位于过程组件中的射频标识(RFID)标签,以获取与所述过程组件相关的识别信息;以及
基于所述识别信息来配置与所述过程组件耦合的过程测量设备。
14、根据权利要求13所述的方法,还包括:
至少部分地基于所述过程组件提供给所述过程测量设备的输入,来计算过程数据;以及
将所述过程数据提供给控制室系统。
15、根据权利要求13所述的方法,其中,询问所述RFID标签的步骤包括:
使用手持RFID收发机询问位于每一个过程组件中的RFID标签。
16、根据权利要求15所述的方法,其中,配置所述过程控制设备的步骤包括:
将所述手持RFID收发机连接到所述过程测量设备,其中所述手持RFID收发机基于所述识别信息配置所述过程测量设备。
17、根据权利要求15所述的方法,其中配置所述过程测量设备的步骤包括:
向所述过程测量组件提供识别信息,其中,所述过程测量设备基于所述识别信息对其自身进行配置。
18、根据权利要求13所述的方法,还包括:
向所述过程测量设备提供识别信息,其中所述过程测量设备基于所述接收到的识别信息对其自身进行配置。
19、根据权利要求13所述的方法,还包括:
把所述RFID标签接收到的识别信息提供给所述控制室系统。
20、根据权利要求13所述的方法,其中配置所述过程测量设备的步骤包括:
向所述过程测量设备提供所述识别信息。
21、根据权利要求20所述的方法,还包括:
基于提供给所述过程测量设备的识别信息,配置位于感测电路中的过程应用软件,所述感测电路被连接以从所述过程组件接收数据。
22、根据权利要求21所述的方法,还包括:
基于提供给所述过程测量设备的识别信息,配置所述感测电路中的硬件组件。
23、一种过程系统,包括:
控制室;以及
多个过程测量点系统,被连接以向所述控制室提供过程数据,其中所述多个过程测量点系统中的每一个包括:
多个过程组件,其中所述多个过程组件中的每一个包括射频标识(RFID)标签,所述RFID标签存储与所述过程组件相关的识别信息;
过程测量设备,被连接以接收来自所述多个过程组件的输入,并通过通信系统,将至少部分地基于从所述多个过程组件接收到的输入而计算的所述过程数据传送至所述控制室;以及
RFID收发机,用于询问与所述多个过程组件中的每一个相关联的RFID标签,其中,从所述RFID标签接收到的识别信息被提供给所述过程测量设备,用来配置所述过程测量设备以基于所述识别信息解释从所述多个过程组件接收的输入。
24、根据权利要求23所述的过程系统,其中,所述过程测量设备还向所述控制室传送从所述RFID标签接收到的识别信息。
25、根据权利要求23所述的过程系统,其中,所述RFID收发机是手持RFID收发机,其包括用于向所述过程测量设备提供从所述RFID标签接收到的识别信息的通信系统。
26、根据权利要求23所述的过程系统,其中,所述RFID收发机包含在所述过程测量设备中。
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