CN103870270A - 用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备的显示和操作视图的方法和服务器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备（HMI）的显示和操作视图（SCR）的一种方法和一种服务器。在此，在对事件登记之后将关于事件的信息和关于操作和观察设备（HMI）的用户的身份或角色的说明传输至实例（SRV），之后根据事件并且专门针对用户的身份和角色将关于工业自动化装置的至少一个与该事件相关联的部件所规划的信息从工程数据库（PDB）中调出，继续由该至少一个相关联的部件调出当前的状态信息，并且最后应用所规划的信息和状态信息以生成显示和操作视图（SCR）。由此有利地以事件控制的方式构建和激活显示和操作视图（“屏幕”）。

Description

用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备的显示和操作视图的方法和服务器

技术领域

本发明涉及一种用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备的显示和操作视图的方法，和一种用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备的显示和操作视图的服务器。 

背景技术

工业自动化装置通常由多个部件组成，例如微处理器控制的控制器（PLC——可编程逻辑控制器）、传感器、执行器等。微处理器控制的控制器在此通常借助于数据网络（自动化网络）相互连接，例如经由ProfiNet网络、ProfiBus网络、工业以太网网络等网络相互连接。通常，在自动化网络上也能够已连接有操作和观察设备或者也能够按具体情况连接有操作和观察设备，其中所述设备借助于图形用户界面为操作人员或为维护技术人员说明关于受控制的进程或受控制的自动化任务的状态的信息并且提供操作元件，借助所述操作元件能够控制系统或能够输入命令、参数等。这种操作和观察设备、通常也称作HMI设备（HMI=人机界面），既能够以固定安装在工业自动化装置的不同工作站上的方式待用，也能够作为移动设备，常常甚至无线地运行，被操作员随身携带或者按具体情况“插接”在自动化装置的特定的设备或网络接口（“Ports端口”）上。 

工业自动化装置通常借助于所谓的“工程系统”来规划或者编程，这表示，不仅部件的设置和（电气）互联（规划）还有用于微处理器控制的部件的软件的创建（编程）都借助于工程系统和存在于其中的程序（工具）来执行。除微处理器控制的部件（PLC）的编程之外，在规划或编程期间也创建用于操作和观察设备的程序。在此，尤其定义操作和观察设备的图形用户界面（“屏幕”）。这表示，对于每个所述设备和在一些实施形式中也单独地为不同的用户（操作人员、维护人员、应用专 家、质量安全等）提供特定的视图（“屏幕”），所述视图分别以符号的方式示出多个部件、其彼此间的关系及其状态。所述“屏幕”通常也包括用于操作或影响部件或自动化进程的操作元件（例如按钮、输入区等）。在需要时，操作和观察设备的操作员或用户能够调用预先准备好的“屏幕”进而获得期望的信息或进行期望的输入。在下文中，“屏幕”应当也普遍称作为“显示和操作视图”。 

在工程期间，在机器或生产设施上为每个操作和观察设备创建自动化装置的相应的“HMI项目”，以便为不同的用户提供呈所谓“GUI对象”（图形用户界面）形式的操作元件和所需的信息。 

在此，所述“HMI项目”是静态的，这表示，必须已经在准备阶段考虑：能够出现什么样的生产事件和对于哪些用户或用户角色应以何种形式相应地对所述事件作出反应。因此，在正运行的工作中，操作员必须启动与设施或机器相关联的“HMI项目”，以便访问准备用于所述HMI项目的或其功能（“角色”）的“屏幕”。 

其中的缺点是，在工业自动化装置的结构发生改变时通常也必须改变“HMI项目”，以便将在HMI项目中准备的“屏幕”匹配于已改变的事实。 

发明内容

因此，本发明的目的是，改进和简化用于工业自动化装置的操作和观察设备的显示和操作视图（“屏幕”）的创建和更新。 

所述目的的根据本发明的解决方案的核心思想是：代替或者除“事先创建”“静态的”显示和操作视图之外，将所述显示和操作视图以事件为导向的方式以及环境（Kontext）和角色关联的方式动态地生成并且在操作和观察设备（HMI设备）上可视化显示。为此，根据本发明提出，设有用于评估来自正运行的工作中的事件控制的查询的所谓“实例”（服务器、程序、设备等），其中应当以基于环境、即与触发的事件的类型、相应的设施状态、正运行的生产的状态或者正运行的进程的状态相关以及与触发事件的设备相关的方式评估所述实例，并且应当以操作员角色特定的方式组合中央工程数据库中的必要的内容。 

特别地，所述目的通过下文中所述的方法来实现，其中提出用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备的显示和操作视图的方法，其中将关于工业自动化装置的状态的信息和用于影响工业自动化装置的部件的操作元件进行组合以用于在图形用户界面上输出。在此，在对事件登记之后将关于事件的信息和关于操作和观察设备的用户的身份或角色的说明传输至实例，之后通过实例在第一步骤中根据事件并且专门针对用户的身份和角色将关于工业自动化装置的至少一个与事件相关联的部件所规划的信息从工程数据库中调出，在第二步骤中由至少一个相关联的部件或其他的数据源调出当前的状态信息，以及在第三步骤中应用所规划的信息和状态信息以生成显示和操作视图。机器和设施操纵的借此得出的动态的、自动化的组合能够使用在生产操作中、监控和优化中以及服务情况中。在此有利的是，显示和操作视图（“屏幕”）以事件控制的方式构建并且激活。所述事件能够由操作员在“HMI设备”（操作和观察设备）上，由机器/设施或安装在其中安装的部件本身，但是也由上层的进程（例如MES——生产执行系统、ERP——企业资源计划）触发。 

此外，所述目的的实现方案提出一种根据本文所述的具有用于生成显示和操作视图的实例的服务器，其中提出一种用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备的显示和操作视图的服务器，其中所述服务器设立为用于提供和设置关于工业自动化装置的状态的信息和用于影响工业自动化装置的部件的操作元件以用于在图形用户界面上输出。在此，服务器设立为用于与工业自动化装置的至少一个部件、操作和观察设备和具有关于部件及其空间的和/或逻辑上的关系的结构化的说明的工程数据库交换数据和信息，其中服务器设立为用于接收关于至少一个事件的信息的消息和用于接收关于操作和观察设备的用户的身份或角色的说明，即服务器设立为用于执行第一步骤，其中根据事件并且专门针对用户的身份和角色将关于工业自动化装置的至少一个与事件相关联的部件所规划的信息从工程数据库中调出；执行第二步骤，其中由至少一个相关联的部件或另外的数据源调出当前的状态信息；以及执行第三步骤，其中应用所规划的信息和状态信息以生成显示和操作视图。通过具有例如能够由在任意的数据处理设备（硬件）上运行的软件形成的且不必强制地具有自身的、单独的服务器硬件的这种实例的这种服务器 能够实现结合所述方法已经讨论的优点。 

在本文中说明根据本发明的方法的有利的设计方案，所述设计方案在意义上也适用于根据本发明的服务器。在此描述的特征及其优点能够单独地实现，也能够以相互组合的方式实现。 

有利地，在显示和操作视图（“屏幕”）中示出用于多个与事件相关联的部件的及其彼此间的逻辑关系或空间上的关系的符号，其中适合的进入点能够是直接与事件相关联的部件或与所应用的HMI设备最近的部件。为此，然后能够设有多个空间上或逻辑上相邻的部件以用于显示。根据所提供的显示面，示出所有相关的“邻居”或刚好示出最相关的邻居。为此，用户也能够进行对于期望的详细程度和显示的优选的类型相关的自身的预设。 

由此，在显示空间上的关系时，能够形成下述视角：为用户提醒部件、设备等的实际的布置进而简化硬件等的故障消除。通过显示逻辑关系有利的是，例如能够可视化显示部件彼此间的功能相关性、材料流、能量流或信息流。在一个尤其有利的设计方案中，能够在逻辑关系的显示和空间关系的显示之间进行切换。在此能够出现，在逻辑关系和空间关系之间切换时至少部分地分别显示其他的部件，因为例如空间上相邻的部件不必强制地与例如触发事件的所观察的部件存在逻辑关联，并且反之亦然。根据能够由工程系统所提供的信息，例如能够在逻辑视角方面观察数据流、材料流、能量流或者其他的相关性。关于空间关联的显示例如能够在部件的三维布置中选择不同的平面或截面（例如水平截面或竖直截面）。在此，部件优选能够通过相关联的符号来示出，其同时也能够包含用于状态的显示介质（Anzeigemittel）。在另一设计方案中，也能够以逼真的视角示出部件、设备等。 

为了触发显示和操作视图的动态结构能够设有不同类型的事件，其中有利地也能够同时设有多个不同的事件。在一个尤其有利的设计方案中，异常状态的出现、例如超过或低于边界值或故障的出现能够用于：“触发（triggern）”显示和操作侧的组合和输出。在此有利的是，应当强制地借助于显示和操作视图示出出现事件的或对事件登记的部件或设施部分，其中根据工程数据库的之后调出的信息的内容同样示出空间上或逻辑上“相邻的”或相关联的部件。由于分别同时访问工程数据库 而得出下述优点：总是访问当前的规划数据进而访问最佳地反应事实的数据。 

用于触发显示和操作视图的生成的另外的、常用的事件在于：将操作和观察设备激活或者链接到数据网络（自动化网络）上。在此，操作和观察设备的相应的位置能够用于选择借助于显示和操作视图待示出的一个或多个部件，其中所述位置也能够从分别使用的网络入口（LAN接口、WLAN小区等）的技术信息或名称中得出。除关于网络入口的位置的识别之外，例如借助于GPS接收器进行的操作和观察设备的绝对地理位置的确定或者还有距其他现有的部件的相对空间位置也能够用于选择待示出的部件。 

一个有利的设计方案的重要方面在于：以用户或用户-角色相关的方式选择待显示的部件以及选择待显示的信息。由此例如可行的是，为专家显示详细的信息并且提供与仅被提供受限制的信息和受限制的操作元件的用户相比具有更大的权限的操作元件。 

附图说明

下面借助于附图阐明根据本发明的方法的一个实施例；这同时用于阐明根据本发明的服务器。 

附图1示出由自动化装置的多个部件、根据本发明的服务器和操作和观察设备组成的装置的示意图。 

具体实施方式

在附图中示意地示出自动化网络NW、简称网络，所述自动化网络例如构成为工业以太网。在网络上连接有部件PLC1、PLC2、PLC3，所述部件在该实施例中应当是可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器分别具有微处理器、存储器等并且配设有（没有示出的）呈传感器、执行器等形式的外围装置。在网络NW上还连接有操作和观察设备HMI（人机界面），所述操作和观察设备具有图形用户界面，所述图形用户界面用于显示自动化装置的状态和尤其是部件PLC1、……、PLC3的状态以及借此控制或监控的自动化过程和进程。图形用户界面还具有操作元件，借助所述操作元件能够执行用于部件PLC1、……、PLC3和 其他设备的输入。操作元件和显示元件概括在显示和操作视图SCR（“屏幕”或“操作侧”）上，其中根据需要和根据用户和状态应当能够示出不同地构造的显示和操作视图SCR。 

在网络NW上还联接有符合标准的硬件HW，例如呈工业标准中服务器硬件的形式的硬件，其中在所述服务器硬件HW上安装有实例SRV（下面也称作“服务器”）。此外，在网络NW上还连接有另一服务器硬件ENS（工程系统），所述另一服务器硬件除其他的、没有示出的功能模块之外包括项目数据库PDB和用户数据库BDB。服务器硬件HW和服务器硬件ENS都能够设置在借助于网关与在此考虑的网络NW连接的其他的网络中；特别地，所提及的服务器硬件HW、ENS也能够经由因特网或专用的数据连接以通信的方式与网络NW连接。 

下面，应当说明显示和操作视图SCR的动态结构，其中根据触发的事件，通过实例SRV来配置显示和操作视图SCR，借助于网络NW传输至操作和观察设备并且在那里输出或显示在图形用户界面上。 

在此，工业自动化装置之内的操作和观察设备HMI的激活（“接通”、“启动”、……）应当评估为触发的事件，其中在此应当假设：操作和观察设备HMI是无线运行的设备（WLAN设备）并且工业自动化装置由多个WLAN小区组成，所述WLAN小区分别与特定的生产领域相关联，并且其中分别应用的WLAN子网络（小区）允许关于下述内容的反馈：操作和观察设备HMI的用户刚好停留在工业自动化装置的哪个处理站处。在替选的实施形式中，也能够应用另外的事件以用于“触发”显示和操作视图SCR的创建，尤其是在部件PLC1、……、PLC3中的一个上的例外状态（错误、报警等）。 

下面假设：用户激活在也设置有部件PLC2的WLAN小区中的所述用户的操作和观察设备HMI。此外假设，在操作和观察设备HMI上注册的（“登录的”）用户为网络专家；为此用户借助其用户名和密码在操作和观察设备HMI上注册并且授权。 

操作和观察设备HMI经由假设与网络NW以通信的方式连接的（没有示出的）WLAN网络将查询通知发送给实例SRV，其中查询通知（消息）包括注册的用户（网络专家）的用户标识和关于WLAN小区、例 如SSID（服务集标识符）的说明。在现实中，查询通知包括多个其他的信息；在此处仅讨论对于所描述的方法的功能重要的消息组成部分。 

实例SRV或者在其中编程的程序处理所述查询通知并且为此从工程系统ENS或包括在其中的数据库、即用户数据库BDB和项目数据库PDB调出其他的信息。 

在第一步骤中，通过应用用户名来从用户数据库中调出用户简档的方式对注册的用户进行用户验证。在此假设，除多个其他的信息之外，从用户数据库BDB中调出关于下述内容的信息：注册的用户是还具有用于查看和改变所有设置在网络NW中的部件和设备的网络配置和网络参数的权限的网络专家。此外，在用户数据中进行加密，即所述注册的用户针对操作和观察设备HMI优选所谓的“网络视角”、即将现有的部件PLC1、……、PLC3、HW、ENS、HMI作为简单的符号（“黑盒子”）来示出的视角，以及能显示出所述设备的网络连接包括基本的网络参数、例如IP地址等。 

在评估来自用户简档的所述信息之后，服务器SRV从项目数据库PDB中调出其他的数据。首先，根据现在操作和观察设备HMI所处于的WLAN小区（SSID）的名称来确定：操作和观察设备HMI现在位于工业自动化装置中的何处。为此，将具有工业自动化装置的区域（Areal）划分成空间扇区（“簇”），使得根据被识别的WLAN小区所处于的扇区在当前的实施例中能够确定：部件PLC2位于相同的扇区中。这例如能够通过服务器SRV首先根据有关的WLAN小区的标识（SSID）确定具有操作和观察设备HMI的扇区的方式来确定；为此假设：将WLAN小区或其名称（SSID）和相应的扇区的关联关系存储在项目数据库PDB中或替选地存储在单独的位置数据库中。现在，根据已确定的扇区从项目数据库PDB中调出来自相同扇区的全部部件的列表；这在当前的、简化的实施例中只是部件PLC2。 

因此，为了构成显示和操作视图而在中央显示出部件PLC2，之后从项目数据库PDB或存储在其中的“网络视角”中调出关于下述内容的信息：哪些其他的部件与部件PLC2进行数据交换。在此要注意的是，通过网络NW部件，PLC2虽然实际上能够与网络NW的全部其他的设备和部件交换数据，并且只要存在适当的网关也还能够交换数据。然而 对于注册的用户而言感兴趣的是，部件PLC2实际上应当将数据发送至哪些其他的部件或者所述部件PLC2应当从哪些在生产操作中的其他的部件和设备中接收数据。 

假设：部件PLC2示出用于机器臂的控制装置，所述机械臂应当从部件PLC1中（在此例如为传送带）接收关于下述内容的数据：何时在传送带上提供待借助于机械臂操纵的物体。因此，不仅部件PLC2而且还有部件PLC1都与事件、即操作和观察设备HMI的激活相关联，使得在显示和操作视图SCR上能够显示出两个部件PLC1、PLC2。此外，也必须可视化显示所述两个部件PLC1、PLC2之间的逻辑数据连接，其中在显示和操作视图上由于进行查询的用户是网络专家而还显示当前的通信参数、尤其是IP地址、网络协议等作为状态信息。所述状态信息“在线地”从部件PLC1、PLC2中调出。此外，由于用户权限已扩展，也为用户提供操作元件以用于改变参数和网络设置；在一个实施形式中，所述操作元件能够通过用户的指令来显示或隐藏。 

在下一步骤中，现在由待示出的部件PLC1、PLC2调出其他的状态信息。为此，从项目数据库PDB中调出关于所找出的部件PLC2、PLC1的参数和可调用的变量的信息以及关于所述变量和参数的可视化显示的类型的说明。因此，根据所述信息，服务器SRV、即进行处理的实例从部件PLC2、PLC1中调出相应的数值并且将所述数值直接在附近可视化显示或者在用于所属的部件PLC2、PLC1的符号上可视化显示。因此，例如为在此示出的“网络视角”通过绿色的点等示出每个活跃的、准备工作的网络接口，相反通过红色的符号等可视化显示故障的网络接口。在物理视角中，例如能够示出以百分比计的负荷系数或者工作温度或者其他的参数。只要在用户简档中将多个角色分配给应用者，因为用户例如同时是网络专家和机械工程师，那么在一个设计方案中能够为相应的应用者提供选择可能性，所述应用者根据所述选择可能性能够在网络视图、物理技术视图、商业视图（例如具有与部件相关的生产统计数字等）之间进行选择。 

此外也可行的是，将关于部件PLC1、……、PLC3的状态信息也或仅由外部设备中、例如统计服务器调出；然后这关于相关联的部件在项目数据库中进行相应地管理。 

只要用户是其他的专家，例如机械工程师，那么就可以不同地示出相关联的部件，即在“物理”视角中、也就是在机器人的示例中示出具有多个马达、转角传感器等的单元。通过部件PLC1控制的传送带可能不作为“相邻的”、即同样相关联的进而待示出的部件示出，而是可能替选或附加地将部件PLC3作为“相邻的”、即同样相关联的进而待示出的部件示出，所述部件PLC3例如能够是处理站，机械臂（部件PLC2）必须将工件装入所述处理站。相应地，在这种情况下，不显示用于影响网络地址等的操作元件，而是显示用于对机械臂等的运动速度进行配置的其他的操作元件。 

因此，机器和设施操纵的借此可行的动态的、自动化的组合不仅能够使用在生产操作中（监控和优化）而且也能够使用在服务情况下。在此，显示和操作视图SCR以事件控制的方式构建和激活。所述事件能够由操作和观察设备HMI的操作员、由机器/设施或由设置在其中的部件PLC1、……、PLC3本身或者还由上级的进程（在此没有示出）来触发。如果例如在自动化装置中进而在所述部件中的一个中出现故障，那么具有相应特征的所述故障事件的在实例中编程的程序或实例SRV得到通知。然后，包括在实例SRV中的程序例如根据可用的用户简档来检查员工可用性进而也能够对合适的专家发出警报。同时，必要的内容、例如操作手册、用于排除故障的视频指导、进程图像、网络视图等被动态地组合。 

由此，为了排除故障将适合于可视化显示的信息传输给操作和观察设备HMI进而传输给相应的操作员。例如也可行的是，在由相应的传感器和测量工具确定生产质量下降的情况下，根据要求通过设施操作员在现场触发进程监控和优化事件。然后，显示和操作设计方案动态地、位置相关和情况相关地以及按照设施操作员的权限和资格提供具有相关的机器设置、材料参数、进程可访问性、KPI（关键绩效指标）的图像（“屏幕”）。 

通过所说明的自动化的和动态的组合以及用于操作和观察设备HMI的可视化显示（“显示和操作视图”）的生成而显著地降低工程耗费，因为在项目或自动化装置在此期间变化时不必再对各个“HMI项目”的修改进行处理或添加。通过将具有配置有显示和操作视图SCR 的实例SRV的服务器联接到中央工程数据库来确保：对于可视化显示始终总是应用当前的数据。通过设计方案进行的以用户为导向的可能的可视化显示提高了可操作性并且降低了操作错误的概率。此外在一个有利的设计方案中可行的是，将三维的物体根据情况集成到可视化显示中进而进一步提高操纵的直观性。 

Claims (9)

1.一种用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备（HMI）的显示和操作视图（SCR）的方法，

其中将关于工业自动化装置的状态的信息和用于影响所述工业自动化装置的部件（PLC1，……，PLC3）的操作元件进行组合以用于在图形用户界面上输出，

其特征在于，

在对事件登记之后将关于所述事件的信息和关于所述操作和观察设备（HMI）的用户的身份或角色的说明传输至实例（SRV），此后通过所述实例（SRV）：

-在第一步骤中根据所述事件并且专门针对所述用户的身份或角色将关于所述工业自动化装置的至少一个与所述事件相关联的部件（PLC1，……，PLC3）所规划的信息从工程数据库（PDB）中调出，

-在第二步骤中由至少一个所述相关联的部件（PLC1，……，PLC3）或经由至少一个所述相关联的部件（PLC1，……，PLC3）调出当前的状态信息，以及

-在第三步骤中应用所述所规划的信息和所述状态信息以生成所述显示和操作视图（SCR）。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在所述显示和操作视图（SCR）中示出用于多个与所述事件相关联的部件（PLC1，……，PLC3）及其彼此间逻辑关系的或空间关系的符号。

3.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，

其特征在于，

将在所述工业自动化装置的所述部件（PLC1，……，PLC3）中的至少一个中出现异常状态用作所述事件。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

在监控所述工业自动化装置的部件（PLC1，……，PLC3）的至少一个参数期间检测所述异常状态，

其中在出现所述异常状态的情况下将通知发送给所述实例（SRV），其中所述通知包括用于识别所述相关联的部件（PLC1，……，PLC3）的说明和关于相关联的所述参数的数值和名称的信息。

5.根据权利要求4所述的方法，

其特征在于，

将出现故障或测量值偏离额定值评估为所述异常状态。

6.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将在所述操作和观察设备（HMI）上输入查询指令给或将激活所述操作和观察设备（HMI）评估为所述事件。

7.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，

其特征在于，

将所述操作和观察设备（HMI）的绝对位置或所述操作和观察设备（HMI）相关于所述工业自动化装置的至少一个部件（PLC1，……，PLC3）的相对位置，或者到数据网络（NW）的入口的名称用作关于所述事件的信息，其中所述操作和观察设备（HMI）已链接或链接在所述数据网络上。

8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，

其特征在于，

将下述部件（PLC1，……，PLC3）用作与所述事件相关联的部件（PLC1，……，PLC3）：在所述部件上或者在所述部件的空间上的或逻辑上的附近出现所述事件，以及根据所述所规划的信息与第一部件（PLC1，……，PLC3）空间相关或逻辑相关或实质相关的至少一个另外的部件（PLC1，……，PLC3）用作所述与所述事件相关联的部件（PLC1，……，PLC3）。

9.一种用于生成用于工业自动化装置的操作和观察设备（HMI）的显示和操作视图（SCR）的服务器，

其中所述服务器包括实体（SRV），所述实体设立为用于为了在图形用户界面上输出而提供和设置关于所述工业自动化装置的状态的信息和用于影响所述工业自动化装置的部件（PLC1，……，PLC3）的操作元件，

其特征在于，

所述服务器设立为用于与所述工业自动化装置的至少一个部件、操作和观察设备（HMI）和具有关于所述部件（PLC1，……，PLC3）及其空间的和/或逻辑上的关系的结构化的说明的工程数据库（PDB）交换数据和信息，

其中所述服务器设立为用于接收关于至少一个事件的信息的消息以及用于接收关于所述操作和观察设备（HMI）的用户的身份或角色的说明，

即所述服务器设立为用于执行：

-第一步骤，其中根据所述事件并且专门针对所述用户的身份和角色将关于所述工业自动化装置的至少一个与所述事件相关联的部件（PLC1，……，PLC3）所规划的信息从所述工程数据库（PDB）中调出；

-第二步骤，其中由至少一个所述相关联的部件（PLC1，……，PLC3）调出当前的状态信息；以及

-第三步骤，其中应用所述所规划的信息和所述状态信息以生成所述显示和操作视图（SCR）。

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