CN108989382B - 用于更换和/或克隆机器的至少一些设备的方法 - Google Patents

用于更换和/或克隆机器的至少一些设备的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于更换和/或克隆机器的至少一些设备的方法、一种根设备和一种机器，所述机器包括若干协作设备，其中，使用包括到协作设备的数据连接的根设备，根设备包括数据模型，其包括至少一些协作设备的配置信息，所述方法包括：使用不同通信协议，采用根设备执行发现，用于检测至少一些协作设备；收集至少一些检测到的设备的配置信息并将配置信息存储在所述数据模型中；将至少部分配置信息传送到新设备上。

Description

用于更换和/或克隆机器的至少一些设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于更换和/或克隆机器的至少一些设备的方法。
背景技术
工业过程变得越来越自动化并且经常用于例如生产某种产品。产品的生产或组装通常由复杂的机器完成。机器本身包括协作执行机器功能的多个设备。协作设备可以是例如可编程逻辑控制器(PLC)、致动器、传感器等。例如，可以使用一个PLC来控制机器的功能并处理由传感器收集的信息和控制致动器以促进产品的生产或组装。
在这种机器的使用寿命期间，可能需要更换机器的一些设备，例如由于设备的故障。可替代地或另外，可能需要克隆机器的至少一些设备(或整个机器)，例如为了通过为特定产品增加一条或多条新生产线来扩大生产能力。
为了更换或克隆机器的设备，需要将关于“先前”协作设备的参数和/或信息传送给“新”设备(即旨在更换现有设备之一的设备)。该信息例如可以包括已经发现在特定生产环境中最佳工作的参数。这些参数的传送通常由技术人员执行，技术人员读出先前设备的参数并将其传送到新设备。由于机器中使用的各种不同类型的设备，通常需要用于不同设备的不同软件来从旧设备/现有设备中读出所需信息。因此，这个过程需要大量的时间和精力，传统上基本上是一系列手动步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于更换和/或克隆机器的至少一些设备的方法，其有助于更容易且更快地更换和/或克隆设备。
该目的是通过具有权利要求1的特征的方法来实现的。
特别地，通过用于更换和/或克隆机器的至少一些设备的方法来满足该目的。所述机器包括多个协作设备，其中，
-使用根设备，其包括到协作设备的数据连接，并且
-根设备包括数据模型，所述数据模型包括至少一些协作设备的配置信息。
本发明的方法包括：
-优选地采用根设备执行设备的发现，还优选地使用两种或更多种不同的通信协议，用于检测至少一些协作设备，
-有利地收集至少一些检测到的设备的配置信息并将配置信息存储在数据模型中，
-将至少部分配置信息传送到新设备上。
根据本发明，配置信息可以首先从若干现有协作设备收集并存储在数据模型中。为了允许从不同协作设备检索配置信息，优选地使用不同协议或通信协议和/或标准。例如，可以使用第一一个或多个现场总线协议，比如Profibus、ControlNet、Sercos III、Profinet和/或以太网/IP，然后使用DPWS标准(用于Web服务的设备配置文件)。由于使用了不同的标准和协议，可以检测/发现大量不同的协作设备以及甚至基于不同技术的设备。而且，不同的通信协议允许远程正确识别协作设备。由此，本发明的方法可以独立于供应商工作并且因此允许直接检测协作设备。
用于发现特定协作设备的通信协议也可用于将配置信息从发现的设备传送到根设备。而且，可以进一步使用相同的通信协议将配置信息从根设备传送到新设备。可替代地，不同的协议可用于发现设备和传送配置信息。在用于发现的协议不能传送配置信息的情况下，可以使用不同的协议。
在新设备接收到配置信息之后，新设备可以充当“旧”协作设备的更换或克隆。换句话说，新设备旨在更换机器的现有或先前协作设备之一，或者旨在成为现有或先前协作设备之一的克隆(即相同的副本)。
在下文中，将描述本发明的方法的其他方面。
优选地，机器包括根设备。换句话说，根设备可以是机器的设备(例如协作设备)。可替代地，根设备可以由任何其他硬件(例如雾中或云中的计算机)形成。
通过将数据模型存储在根设备中，根设备保持协作设备的配置信息的数据库。特别地，数据模型存储在根设备的存储器中。在新设备连接到机器(因此也连接到根设备)的情况下，根设备可以将相应配置信息传送到新设备，优选地在任何时间，而不需要从旧设备读取配置信息或在配置信息写入新设备时使用带有工程工具的PC(个人计算机)。一旦新设备接收到配置信息，新设备优选地具有与对应协作设备相同的配置。因此，新设备然后可以无缝地更换协作设备或者用作协作设备的克隆，其中克隆可以用于另一机器。此外，本发明的方法还可以用于克隆整个机器，即克隆机器的所有设备。
该机器可以是机器的上述工程样机。
新设备可以优选地在其硬件上与协作设备之一至少基本相同。而且，新设备可以是协作设备之一的传统设备(legacy device)，或者协作设备可以是新设备的传统设备。
数据模型(也可以称为机器数据模型-MDM)的提供允许显著减少更换设备和/或克隆机器或者机器的设备所需的步骤，因为对于中央存储器中的协作设备存在配置信息。因此，更换设备和/或克隆机器或者机器的设备显著更快并且需要更少的精力。
数据模型(MDM)还可以存储相应协作设备的配置信息的先前版本(即版本历史)。
此外，由于根设备中的集中式数据模型，可以具有在根设备上运行的单个控制软件，该软件执行设备更换和/或克隆所需的步骤。该软件可被命名为“机器助手”。本发明的优点在于，可能需要可在根设备上运行的一个集中式软件，优选地不需要安装，而不需要用于不同设备的不同软件，并且而不是需要安装在工程PC上的软件工具。控制软件(即机器助手)可被配置为逐步引导用户通过更换和/或克隆设备的过程。如前所述，控制软件(即机器助手)可以具有引导用户通过任何必要步骤的用户界面，如前所提及的。可替代地，控制软件或根设备可以自动方式执行本文所述的步骤。控制软件可以预先安装在根设备上，从而进一步减少更换和/或克隆设备所需的步骤。
控制软件和/或根设备还可以包括机器配置服务器(MCS)。机器配置服务器可以在根设备的硬件和/或固件上实现。机器配置服务器可以包括数据模型，并且可以是机器及其设备的嵌入式信息存储库。作为优点，用户不需要管理和分发数据模型中的信息，因为这可以通过机器配置服务器来实现。
根设备可以包括控制单元(例如CPU-中央处理单元)、用于数据模型的数据存储器(例如闪存或硬盘驱动器)以及用于与(其它)协作设备通信的输入-输出设备。根设备可以是协作设备之一。协作设备最好一起工作以实现机器的功能。
机器的设备可以通过现场总线互连。此外，还可以使用以太网或工业以太网连接(例如Sercos III和/或EtherNet/IP和/或ProfiNet)。“连接”应被理解为“数据连接”，即允许传输数字数据的连接。以相同的方式，如本文所使用的术语“连接”应被理解为“使用数据连接来连接”。
数据模型包括至少一些协作设备的配置信息。可替代地，数据模型可以包括所有协作设备的配置信息。
有利地，该方法还包括：
-将新设备连接到机器，其中新设备对应于存在于数据模型中的设备之一，
-将配置信息从根设备传送到新设备，其中在传送配置信息之后，新设备能够执行与新设备对应的协作设备的至少一些功能。优选地，在传送配置信息之后，新设备能够执行对应于新设备的协作设备的所有功能。
如上所述，可以连接新设备，以便建立到机器和根设备的数据连接。然后可以使用数据连接将配置数据传送到新设备。在传送配置数据之后，新设备与相应协作设备基本相同(例如在其固件和/或设置方面)。数据模型中存在的设备意味着其配置信息存储在数据模型中。数据模型中存在的设备可以是协作设备和根设备。
例如，如果机器的伺服驱动器(即协作设备)损坏并且必须更换，则新伺服驱动器(即新设备)连接到机器。新伺服驱动器对应于“旧”伺服驱动器(即具有相同的硬件)，其中旧伺服驱动器存在于数据模型中。在将新伺服驱动器连接到机器后，根设备将存储在数据模型中的配置信息(例如“旧”伺服驱动器的固件和设备参数)传送到新伺服驱动器，从而采用与旧伺服驱动器相同的参数(例如加速度、最大速度等相同的参数)初始化新伺服驱动器。新伺服驱动器然后可以立即更换旧伺服驱动器，从而减少机器的停机时间。一般而言，协作设备的固件和相应参数可以在发现过程期间存储在数据模型中—或者固件和相应参数可以从工程软件(当机器原型开发时)传送到根设备或从另一台机器的根设备复制(当机器被克隆时)。此固件和相应参数稍后可以传送到新设备。
从上面的例子可以看出，即使旧设备不再工作并且不允许再读取其参数时，设备的更换也是可能的，因为旧设备的参数作为配置信息存储在数据模型中。
参数可以适于指示机器内的每个协作设备的角色和/或任务。
优选地，根设备在新设备连接到机器之前执行协作设备的发现。在发现过程期间，数据模型填充有关于机器的不同协作设备的配置信息。该发现可以由根设备自动执行。特别地，根设备可以扫描机器以寻找其他设备，如上所述。当找到另一设备(即协作设备)时，找到的设备及其配置信息被添加到数据模型—或者可以更新数据模型以反映新设备更换旧设备(此操作可能需要用户确认和/或由用户分配哪个新设备更换哪个协作设备)。在找到协作设备之后，根设备将下载找到的设备的当前配置(例如固件)，并将该配置作为配置信息存储在数据模型中。重复此过程，直到根设备找不到其他协作设备。
当根设备找到自身连接到其他设备的协作设备时(例如如果找到的设备是连接到其他协作设备的可编程逻辑控制器(PLC))，则根设备请求找到的PLC/设备提供连接到PLC的所有设备的列表，并提供连接到PLC的所有设备的配置信息。为了提供该信息，PLC可以执行其自己的扫描以创建根设备所需的信息。
所描述的发现可以由根设备完全自动执行。在发现过程期间，根设备从协作设备获知并发现机器的结构。
在完成数据模型之后，可以向用户显示所有找到的设备的列表，其中用户然后可以决定哪些设备应该包含或保持在数据模型中。
有利地，在发现协作设备时，在数据模型中建立用于相应协作设备的新实例。在数据模型内，可以为每个新找到的协作设备添加实例(即一组配置信息)。例如，数据模型可以具有用于根设备的实例、用于首先找到的协作设备的实例以及用于每个其他协作设备的实例。
在配置信息的每个实例中，可以包括关于网络配置、控制器标识、固件版本号和/或设备标识的信息。此外，关于相应协作设备的快速设备更换(FDR)配置的信息可以包括在配置信息中。
实例用于不同设备允许以通用方式描述机器。特别地，数据模型可以使用语义，以便为配置数据的不同部分(例如“固件”、“参数”或“设备标识”)添加含义。这使得数据模型易于理解，并可以转移到其他应用程序，比如工程工具。此外，这种语义方法可以使机器具有自描述性(即描述机器的信息存储在机器内)。
数据模型也可以包括关于整个机器的信息。该信息可以在机器的工程化和/或生产期间定义并且包括例如机器标识、机器图片和/或关于机器拓扑的信息。
数据模型可以例如存储在XML文件(可扩展标记语言文件)和/或数据库(例如SQL数据库)中。
优选的是，在发现期间，例如由根设备发送的广播消息用于检测至少一些协作设备。广播消息可以由机器中的一些或每个协作设备接收，提示协作设备响应于根设备。使用这些响应，根设备可以识别和/或发现协作设备。随后可以使用不同的通信协议发送广播消息。
优选地，该发现使用DPWS(Web服务的设备配置文件)和/或Sercos协议来发现协作设备。另外或可替代地，还可以使用供应商特定的专有协议(例如Netmanage协议)来发现不支持标准化发现协议的设备。DPWS是Web服务协议的配置文件，它允许安全的Web服务消息传递和发现。上述协议和工具允许自动发现协作设备。
优选地，根设备运行托管允许控制协作设备的更换和/或克隆的网站的网络服务器。由于网络服务器的原因，设备的更换和/或克隆可以通过任何计算机或者甚至是能够处理网站的手持式平板PC或智能手机进行控制。上述用户界面可以由网站形成。
网站可以包括允许修改或改变协作设备的软件、固件和/或参数(即存储在数据模型中的软件、固件和/或参数)的工程工具或编程环境。因此，不需要安装特定的软件，例如工程工具。
进一步优选地，数据模型被连续地和/或自动地更新。为此，根设备可以重复执行发现，例如在预定的时间间隔内。由此，数据模型始终保持最新，并且设备的配置信息的变化立即和/或自动映射到数据模型中。
进一步优选的是，相应设备的配置信息包括设备固件、设备固件版本、设备软件、设备软件版本、通信设置和/或设备的参数。所有这些信息都可以存储在根设备的数据模型中。例如，通过将固件和参数传送到新设备，新设备然后可以执行(先前)协作设备的所有功能。
有利地，更换机器的设备包括在新设备连接到机器之前将待更换的设备与机器的断开。换句话说，待更换的协作设备首先从机器断开。之后，可以连接新设备，而不是断开的设备。
进一步有利地，克隆机器的设备包括将数据模型从根设备传送到新根设备，其中旨在充当克隆的新设备然后连接到新根设备，并且新根设备将相应的配置信息传送到新设备。换句话说，可以将数据模型复制到新根设备上。这允许克隆整个机器。为此，新根设备可以连接到(原始)根设备，以便将数据模型复制到新根设备上，其中优选地不需要连接到(原始)机器的协作设备，因为所有所需的信息可以从(原始)机器的根设备获得。然后可以将优选的是在硬件上与协作设备相同的新设备连接到新根设备。然后新根设备可以将相应的配置信息传送到每个新设备。在配置信息传送到新设备完成之后，机器的相同副本(即克隆)已被创建。
有利地，可以重复机器的克隆以生产一系列机器。而且，机器的克隆可以从机器的工程样机开始。
优选地，新设备由根设备自动检测并且配置信息以自动方式传送到新设备。例如，如果设备断开并由新设备更换，则根设备可以在根设备执行发现过程时识别出存在新设备。同时，根设备可以识别出协作设备之一丢失并且已被新设备更换。然后，根设备可以优选自动地将配置信息传送到新设备。为了提高安全和保障，在将配置信息传送到新设备之前，根设备可能会提示用户进行确认(并且可能进行认证)。有利地，手动(并且可能容易出错)过程被其他自动化过程中的单个确认步骤所取代。
有利地，确定新设备的标识，并且基于该标识确定新设备所需的配置信息。例如，如果新设备的标识指示新设备是特定型号的伺服驱动器，则根设备可以在数据模型中搜索该型号的伺服驱动器的配置信息。一旦找到相应的配置信息，配置信息就可以传送到新设备。在传送配置信息之后，可以在机械工作过程中使用新设备和/或克隆机器，例如用于生产或组装产品。
本发明还涉及一种根设备，当根设备连接到一个或多个协作设备和至少一个新设备时适于执行如上所公开的方法。
本发明还涉及一种包括若干协作设备的机器，其中该机器包括根设备，其中根设备包括到(其他)协作设备的数据连接，并且其中根设备包括数据模型，该数据模型包括至少一些协作设备的配置信息。根设备适于使用不同的通信协议来执行发现以检测至少一些协作设备。根设备还适于收集至少一些检测到的设备的配置信息并将配置信息存储在数据模型中。此外，根设备配置为连接到新设备并且将至少部分配置信息传送到新设备上。
优选地，根设备、协作设备和/或新设备是可编程逻辑控制器(PLC)、致动器和/或传感器，特别是伺服驱动器和/或IO设备(输入输出设备)。
前面描述的本发明方法的优点、优选特征和/或实施例也适用于本发明的机器。
附图说明
下面将通过示例性实施例并参考附图详细解释本发明：
图1示出了包括若干设备的机器；
图2示出了图1的机器的设备的更换；
图3示出了图1的机器的克隆；以及
图4示出了设备的更换和克隆的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于工业过程的机器10。机器10包括传送产品(未示出)的传送带12。机器10包括充当根设备14的第一可编程逻辑控制器(PLC)。
传送带12由伺服驱动器16驱动。机器10包括直接连接到光学传感器20和电钻22的第二PLC18。第二PLC18连接到根设备14。根设备14也连接到伺服驱动器16。伺服驱动器16、第二PLC 18、光学传感器20和电钻22是协作设备。协作设备16、18、20、22经由以太网连接24彼此连接并连接到根设备14。
在机器10的操作期间，根设备14控制伺服驱动器16的操作，并(通过第二PLC 18)控制光学传感器20和电钻22的操作。
根设备14运行网络服务器26，移动设备(示出为平板PC28)通过无线网络和/或因特网连接30连接到网络服务器26。
在机器的操作期间，根设备14收集关于协作设备16、18、20、22的信息，如图4所示。图4示意性地示出了操作平板PC28的用户32、根设备14和协作设备16、18、20、22。
如图4所示，根设备14使用不同的通信协议连续地且自动地执行发现过程34，在此期间协作设备16、18、20、22被发现并且它们各自的固件和使用参数被下载到数据模型36(图1)，其存储在根设备14中。
光学传感器20和电钻22使用基于以太网的现场总线协议进行通信，而伺服驱动器16和第二PLC 18使用TCP协议。在发现过程34期间，根设备14因此利用不同的现场总线协议和不同的基于因特网协议(IP)的协议来发现所有协作设备16、18、20、22。
在找到所有协作设备16、18、20、22之后，用户32可以使用请求38来显示所有发现的设备16、18、20、22。根设备14然后检查数据模型36并使用确认40向用户展示所有找到的协作设备16、18、20、22。用户然后可以使用配置命令42来改变协作设备16、18、20、22的配置或者从数据模型36移除一些找到的设备16、18、20、22。此后，如果需要，根设备14周期性地恢复发现过程34并更新数据模型36。
现在参考图2。图2示出了新电钻22a，其用于更换电钻22，如果例如电钻22已经损坏的话。
在新电钻22a已机械地更换电钻22并且连接到第二PLC18之后，根设备14可以在发现过程34期间自动检测到电钻22不再存在，而是已经被新电钻22a更换。根设备14然后可以将配置信息从数据模型36传送到新电钻22a，从而允许新电钻22a执行与电钻22相同的功能。
可替代地，如图4所示，可以提示用户32接受用新电钻22a更换电钻22。用户32然后可以使用从平板PC28发送到根设备14的更换命令44。更换命令44触发根设备14将配置信息从数据模型36传送到新电钻22a。
现在参考图3。图3示出了图1的机器10和克隆机器10b。克隆机器10b在其硬件上与机器10相同。克隆机器10b包括具有到根设备14的数据连接46的新根设备14b。使用数据连接46，数据模型36被传送到新根设备14b。新根设备14b然后执行发现过程34，从而发现新伺服驱动器16b、新第二PLC18b、新光学传感器20b和新电钻22b。新根设备14b然后可以将相应的配置信息从数据模型36传送到相应的新协作设备16b、18b、20b、22b。在传送该配置信息之后，已经创建了机器10的相同副本。
可替代地，如图4所示，可以提示用户32允许克隆机器10。用户32然后可以使用克隆命令48来开始将数据模型36传送到新根设备14b，这然后导致如上所述的机器10的克隆。
由于在根设备14中以集中方式存储的数据模型36，并且由于在发现期间使用不同的通信协议，所以设备16、18、20、22甚至是整个机器10的快速和容易的更换和/或克隆是可能的。
附图标记列表
10 机器
12 传送带
14 根设备
14b 新根设备
16 伺服驱动器
16b 新伺服驱动器
18 第二PLC
18b 新第二PLC
20 光学传感器
20b 新光学传感器
22 电钻
22a、22b 新电钻
24 以太网连接
26 网络服务器
28 平板PC
30 因特网连接
32 用户
34 发现过程
36 数据模型
38 请求
40 确认
42 配置命令
44 更换命令
46 数据连接
48 克隆命令

Claims (15)

1.一种用于更换和/或克隆机器（10）的至少一些设备（14、16、18、20、22）的方法，
所述机器（10）包括若干协作设备（16、18、20、22），其中，
- 使用根设备（14），其包括到所述协作设备（16、18、20、22）的数据连接（24），
- 所述根设备（14）包括数据模型（36），所述数据模型（36）包括至少一些协作设备（16、18、20、22）的配置信息，
其中，所述方法包括：
- 使用不同通信协议，采用所述根设备（14）执行发现，用于检测至少一些协作设备（16、18、20、22），
- 收集检测到的协作设备（16、18、20、22）中的至少一些设备的配置信息并将配置信息存储在所述数据模型（36）中，
- 将至少部分配置信息传送到新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述方法还包括：
- 将所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）连接到所述机器（10），其中，所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）对应于存在于所述数据模型（36）中的协作设备（16、18、20、22）之一，
- 将来自所述根设备（14）的配置信息传送到所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b），其中，在传送配置信息之后，所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）能够执行对应于新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）的协作设备（16、18、20、22）的至少一些功能。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述根设备（14）在所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）连接到所述机器（10）之前执行所述协作设备（16、18、20、22）的发现。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，
一旦发现协作设备（16、18、20、22），就在所述数据模型（36）中建立用于相应协作设备（16、18、20、22）的新实例。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
在所述发现期间，广播消息用于检测至少一些协作设备（16、18、20、22）。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
所述发现使用DPWS（Web服务的设备配置文件）和/或SERCOS协议来发现所述协作设备（16、18、20、22）。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
所述根设备（14）运行网络服务器（26），其托管允许控制协作设备（16、18、20、22）的更换和/或克隆的网站。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
所述数据模型（36）被连续地和/或自动地更新。
9.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
相应协作设备（16、18、20、22）的配置信息包括设备固件、设备固件版本、设备软件、设备软件版本、通信设置和/或设备的参数。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
更换所述机器（10）的协作设备（16、18、20、22）包括在所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）连接到所述机器（10）之前将待更换的设备（16、18、20、22）与所述机器（10）断开。
11.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
克隆所述机器（10）的协作设备（16、18、20、22）包括将所述数据模型（36）从所述根设备（14）传送到新根设备，其中，旨在充当克隆的新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）连接到所述新根设备，并且所述新根设备将相应配置信息传送到所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）。
12.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
自动检测所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b），并且以自动方式将配置信息传送到所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）。
13.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，
确定所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）的标识，并且基于该标识确定所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）所需的配置信息。
14.一种根设备（14），其适于在连接到一个或多个协作设备（16、18、20、22）和至少一个新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）时执行根据权利要求1至13中任意一项所述的方法。
15.一种包括若干协作设备的机器（10），其中，
- 所述机器（10）包括根设备（14），
- 所述根设备（14）包括到协作设备（16、18、20、22）的数据连接（24），
- 所述根设备（14）包括数据模型（36），所述数据模型（36）包括至少一些协作设备（16、18、20、22）的配置信息，
其中，所述根设备（14）适于：
- 使用不同的通信协议执行发现以检测至少一些协作设备（16、18、20、22），
- 收集至少一些检测到的协作设备（16、18、20、22）的配置信息并将配置信息存储在所述数据模型（36）中，
- 连接到新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）并且将至少一部分配置信息传送到所述新设备（22a、14b、16b、18b、20b、22b）上。
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