CN112046550B - 一种基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统及方法，包括安装于磁浮列车车辆电气柜中的硬件系统与配置于地面运控室的控制计算机内的软件系统，硬件系统包括列控通讯模块、悬浮通讯模块、数据采集处理模块和无线网络连接模块，数据采集处理模块通过列控通讯模块分别与磁浮列车的列控系统和牵引系统连接，且通过以悬浮通讯模块与磁浮列车的悬浮控制系统连接；软件系统包括系统服务器、磁盘阵列和网络设备，系统服务器通过网络设备和无线网络连接模块与数据采集处理模块连接，网络设备与无线网络连接模块连接，磁盘阵列与系统服务器连接。本发明可实时监测磁浮列车核心系统的运行状态与数据，为车辆维护保养和故障诊断提供准确海量数据。
Description
技术领域
本发明主要涉及磁悬浮技术领域，具体地说，涉及一种基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统及方法。
背景技术
随着磁悬浮列车的发展，实施可靠的磁浮列车悬浮控制系统运行状态检测以确保可靠的预防性维护变得越来越重要。如果悬浮控制系统使用寿命结束，列车将无法正常运营。如果采用故障后更换，虽然维护方法简单但成本高且不安全。
目前，磁浮列车悬浮控制系统、牵引控制系统等的关键核心数据无法传送到地面的运控系统，我们设计一种基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，可以通过5G的物联网将磁浮列车核心系统的核心数据实时传送至地面的运控系统，使地面的运控系统可以实时监测车辆核心系统的运行状态与数据，为车辆的维护保养和故障诊断提供准确、海量的数据。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，可解决现有技术无法实时监测车辆核心系统的运行状态与数据的缺陷。
本发明的一种基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，包括安装于磁浮列车车辆电气柜中的硬件系统与配置于地面运控室的控制计算机内的软件系统，所述硬件系统包括列控通讯模块、悬浮通讯模块、数据采集处理模块和无线网络连接模块，所述数据采集处理模块通过列控通讯模块分别与磁浮列车的列控系统和牵引系统连接，所述数据采集处理模块通过以悬浮通讯模块与磁浮列车的悬浮控制系统连接，所述数据采集处理模块用于采集列控系统传送过来的列控信息、牵引系统传送过来的牵引信息以及接收悬浮控制系统传送的悬浮信息，并对采集接收的列控信息、牵引信息和悬浮信息进行分类、打包和发送；所述软件系统包括系统服务器、磁盘阵列和网络设备，所述系统服务器通过网络设备和无线网络连接模块与数据采集处理模块连接，所述网络设备与无线网络连接模块连接，所述磁盘阵列与系统服务器连接，所述系统服务器用于接收数据采集处理模块发送的数据，并对数据进行处理与分析，所述磁盘阵列用于存储系统服务器发送的数据。
进一步地，所述系统服务器包括并行设置且分别与磁盘阵列连接的悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块和列控系统管理模块，所述悬浮系统管理模块用于对与悬浮控制系统相关的数据、状态进行数据处理和分析判断，进而得到悬浮控制系统的运行与故障状态；所述牵引系统管理模块用于对与牵引系统相关的数据、状态进行分析处理；所述列控系统管理模块用于对与列控系统相关的数据与状态进行分析处理。
进一步地，所述数据采集处理模块用于采集列控系统传送过来的列控信息包括磁浮列车的运行状态、速度、方向；和/或所述数据采集处理模块用于采集牵引系统中传送过来的牵引信息包括直线牵引电机的状态、电流、电压、频率；和/或所述数据采集处理模块用于接收悬浮控制系统传送的悬浮信息包括悬浮电流、悬浮间隙、悬浮加速度和悬浮控制器的故障信息。
进一步地，所述无线网络连接模块为5G物联网无线模块。
进一步地，所述硬件系统还包括第一接口、第二接口和第三接口，所述列控通讯模块通过第一接口与磁浮列车的列控系统连接，所述列控通讯模块通过第二接口与磁浮列车的牵引系统连接，所述以悬浮通讯模块通过第三接口与磁浮列车的悬浮控制系统连接。
本发明的另一个方面，还提供一种基于物联网的磁浮列车智能故障诊断方法，基于其上所述的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，包括如下步骤：
S1、将硬件系统安装于磁浮列车车辆电气柜中；
S2、将软件系统安装于地面运控室的控制计算机内；
S3、数据采集处理模块通过列控通讯模块分别采集列控系统传送过来的列控信息和牵引系统传送过来的的牵引信息；
S4、数据采集处理模块通过以悬浮通讯模块接收悬浮控制系统传送的故障信息；
S5、数据采集处理模块对采集的列控信息、牵引信息和故障信息进行分类、打包，并通过无线网络连接模块发送至系统服务器；
S6、系统服务器通过网络设备接收数据采集处理模块发送的数据，并将接收到数据存储于磁盘阵列上，同时，对接收的数据进行分析与处理；
S7、磁盘阵列再次存储系统服务器处理完毕的数据，以便历史记录查询和分析。
进一步地，所述步骤S6具体表现为：当系统服务器包括并行设置且分别与磁盘阵列连接的悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块和列控系统管理模块时，系统服务器通过网络设备接收数据采集处理模块发送的数据后，将数据存储于磁盘阵列上，并可同时运行悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块、列控系统管理模块，通过悬浮系统管理模块对与悬浮控制系统相关的数据、状态进行数据处理和分析判断，通过牵引系统管理模块对与牵引系统相关的数据、状态进行分析处理，通过列控系统管理模块对与列控系统相关的数据与状态进行分析处理，以便实时监测磁浮列车悬浮控制系统、牵引系统、列控系统的运行状态与数据，为磁浮列车的维护保养和故障诊断提供准确、海量的数据。
进一步地，当通过悬浮系统管理模块检测到悬浮控制系统发生故障时，首先分析悬浮控制系统的自身系统数据，给出悬浮控制系统的初步故障诊断结果；同时，分析列控系统和牵引系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的运行速度、磁浮列车所处线路位置、车辆是否处于加速、减速或紧急制动状态的信息，进一步分析出影响悬浮控制系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到悬浮控制系统的故障等级，并在磁浮列车回库后，给出悬浮控制系统的故障维修建议。
进一步地，当通过牵引系统管理模块检测到牵引系统发生故障时，首先分析牵引系统的自身系统数据，给出牵引系统的初步故障诊断结果；同时，分析悬浮控制系统和列控系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的悬浮状态、磁浮列车所处线路位置信息，进一步分析出影响牵引系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到牵引系统的故障等级，并在磁浮列车回库后，给出牵引系统的故障维修建议。
进一步地，当通过列控系统管理模块检测到列控系统发生故障时，首先分析列控系统的自身系统数据，给出列控系统的初步故障诊断结果；同时，分析列悬浮控制系统和牵引系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的悬浮状态、磁浮列车所处线路位置、车辆是否处于加速、减速或紧急制动状态的信息，进一步分析出影响列控系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到列控系统的故障等级，并在磁浮列车回库后，给出列控系统的故障维修建议。
本发明的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统及方法，包括由硬件部分与软件部分，硬件部分安装于车辆电气柜中，软件系统置于地面运控室内，硬件系统包括列控通讯模块、以悬浮通讯模块、数据采集处理模块和无线网络连接模块，软件系统包括系统服务器、磁盘阵列和网络设备，本发明硬件部分通过列控通讯模块接收与列控系统相关的列控信息与牵引系统相关的牵引信息，通过以悬浮通讯模块接收与悬浮控制系统相关的悬浮信息，数据采集处理模块对接收到的列控信息、牵引信息、悬浮信息进行初步的处理，打包后通过5G物联网模块发送至系统服务器，系统服务器接收到数据后将数据存储于磁盘阵列上，并可运行系统服务器自身模块(具体为悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块、列控系统管理模块)，对列控系统、牵引系统、悬浮控制系统的实时数据、历史数据进行数据分析与处理，为三个核心系统的运行情况、故障诊断、故障预警、维护保养等提供数据支撑。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一实施例的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统的结构框图；
图2是本发明另一实施例的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。
图1所示是本发明一实施例的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统的结构框图。该实施例的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统包括硬件系统与软件系统。硬件系统安装于磁浮列车车辆电气柜中，软件系统配置于地面运控室的控制计算机内。
具体地，硬件系统内部设有列控通讯模块、以悬浮通讯模块、数据采集处理模块和无线网络连接模块，优选地，无线网络连接模块为5G物联网无线模块，列控通讯模块为CAN通讯模块，悬浮通讯模块为以太网通讯模块，其外部设有第一接口、第二接口和第三接口，其中：
列控通讯模块：磁浮列车的列控系统的数据传输是以CAN通讯为基础的，则列控通讯模块与磁浮列车的列控系统连接，需要说明的是，列控通讯模块并不仅限于CAN通讯模块，其也可为以太网通讯模块、MVB通讯模块或其他通讯模块；
悬浮通讯模块：悬浮控制系统的通讯是基于以太网的，则悬浮通讯模块与磁浮列车的悬浮控制系统连接，需要说明的是，列控通讯模块并不仅限于以太网通讯模块，其也可为CAN通讯模块或其他通讯模块；
数据采集处理模块：用于采集列控系统传送过来的列控信息，牵引系统传送过来的牵引信息以及接收悬浮控制系统传送的悬浮信息，并对接收的列控信息、牵引信息和悬浮信息进行分类、打包和发送，数据采集处理模块通过列控通讯模块分别与列控系统和牵引系统连接，并通过以悬浮通讯模块与悬浮控制系统连接；
5G物联网无线模块：用于为磁浮列车智能故障诊断系统提供一个与地面运控室通讯的一个网络通道，硬件系统中数据采集处理模块采集处理后的数据能通过该通道传送至地面运控室内。
需要说明的是，第一接口优选为M12接口，第二接口优选为M12接口，第三接口优选为M12接口或RJ45接口。
同时，软件系统包括系统服务器、磁盘阵列和网络设备，其中：
系统服务器：运行磁浮列车智能故障诊断的系统软件，用于接收硬件系统的数据，并对数据进行分析与处理。需要说明的是，该系统服务器具体包括并行设置且分别与磁盘阵列连接的悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块、列控系统管理模块三个大模块。悬浮系统管理模块，用于对与悬浮控制系统相关的数据、状态进行处理、分析及判断，进而得到悬浮控制系统的运行与故障状态，为车辆运行、悬浮控制系统维护保养、故障诊断与分析提供强有力的数据支撑；牵引系统管理模块，用于对与牵引系统相关的数据、状态进行分析处理，为牵引系统的监控、维护保养、故障诊断与分析提供依据；列控系统管理模块，用于对与列控相关的数据与状态进行分析处理，为整个车辆运行情况与调试、列控系统的维护保养等提供依据。
磁盘阵列：存储硬件系统发送过来的数据，用于历史记录查询和分析。
同时，作为本发明的优选实施例，上述数据采集处理模块用于采集列控系统传送过来的列控信息具体包括磁浮列车的运行状态、速度、方向；上述数据采集处理模块用于采集牵引系统中传送过来的牵引信息具体包括直线牵引电机的状态、电流、电压、频率；上述数据采集处理模块用于接收悬浮控制系统传送的悬浮信息具体包括悬浮电流、悬浮间隙、悬浮加速度和悬浮控制器的故障信息。
故此，本发明的磁浮列车智能故障诊断系统由硬件部分与软件部分组成。硬件部分安装于磁浮列车的电气柜中，软件系统为运行于地面运控室内的软件。主要工作原理是：硬件部分通过列控通讯模块接收列控系统的列控信息与牵引系统的牵引信息，同时，通过以悬浮通讯模块接收悬浮控制系统的悬浮信息，数据采集处理模块对接收到的列控信息、牵引信息、悬浮控制系统信息进行初步的分类处理，打包后通过5G物联网无线模块发送至地面运控室内的系统服务器，系统服务器接收到数据后将数据存储于磁盘阵列上，并可运行悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块、列控系统管理模块，对各系统的实时数据、历史数据进行数据分析与处理，为各系统的运行情况、故障诊断、维护保养等提供数据支撑，可以实时监测磁浮列车核心系统(如悬浮控制系统、牵引系统、列控系统)的运行状态与数据，为车辆的维护保养和故障诊断提供准确、海量的数据。
图2是本发明另一实施例的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断方法的流程图，该磁浮列车智能故障诊断方法基于其上所述的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，包括如下过程：
S1、将硬件系统安装于磁浮列车车辆电气柜中；
S2、将软件系统安装于地面运控室的控制计算机内；
S3、数据采集处理模块通过列控通讯模块分别采集列控系统传送过来的列控信息和牵引系统传送过来的的牵引信息；
S4、数据采集处理模块通过以悬浮通讯模块接收悬浮控制系统传送的故障信息；
S5、数据采集处理模块对采集接收的列控信息、牵引信息和故障信息进行分类、打包，并通过无线网络连接模块发送至系统服务器；
S6、系统服务器通过网络设备接收数据采集处理模块发送的数据，并将接收到数据存储于磁盘阵列上，同时，对接收的数据进行分析与处理；
需要说明的是，该步骤S6具体表现为：当系统服务器包括并行设置且分别与磁盘阵列连接的悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块和列控系统管理模块时，系统服务器通过网络设备接收数据采集处理模块发送的数据后，将数据存储于磁盘阵列上，并可同时运行悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块、列控系统管理模块，通过悬浮系统管理模块对与悬浮控制系统相关的数据、状态进行数据处理和分析判断，通过牵引系统管理模块对与牵引系统相关的数据、状态进行分析处理，通过列控系统管理模块对与列控系统相关的数据与状态进行分析处理，以便实时监测磁浮列车悬浮控制系统、牵引系统、列控系统的运行状态与数据，为磁浮列车的维护保养和故障诊断提供准确、海量的数据；
例如：当通过悬浮控制系统发生故障时，首先分析悬浮控制系统的自身系统数据，初步给出悬浮控制系统的初步故障诊断结果(包括故障原因和故障类型)；同时，分析列控系统和牵引系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的运行速度、列车所处线路位置(如弯道、坡道和直线段等)、车辆是否处于加速、减速或紧急制动状态信息，进一步分析出影响悬浮控制系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到悬浮控制系统的故障等级，并在磁浮列车回库后，给出悬浮控制系统的故障维修建议，进而提高故障定位效率，减小故障维修时间。
当通过牵引系统管理模块检测到牵引系统发生故障时，首先分析牵引系统的自身系统数据，给出牵引系统的初步故障诊断结果；同时，分析悬浮控制系统和列控系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的悬浮状态(如悬浮电流、悬浮加速度)、磁浮列车所处线路位置信息，进一步分析出影响牵引系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到牵引系统的故障等级，并在磁浮列车回库后，给出牵引系统的故障维修建议。
当通过列控系统管理模块检测到列控系统发生故障时，首先分析列控系统的自身系统数据，给出列控系统的初步故障诊断结果；同时，分析列悬浮控制系统和牵引系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的悬浮状态、磁浮列车所处线路位置、车辆是否处于加速、减速或紧急制动状态的信息，进一步分析出影响列控系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到列控系统的故障等级，并在磁浮列车回库后，给出列控系统的故障维修建议。
通过对一天内的悬浮控制系统、牵引系统和列控系统数据的分析，可以实现对磁浮列车运行状态信息的汇总分析；实现对磁浮列车关键系统(悬浮控制系统、牵引系统和列控系统)的故障影响因素进行分析。
通过对一定时间内(如一周/一个月/三个月/半年等)的悬浮控制系统、牵引系统和列控系统数据进行统计和对比分析，可以实现对磁浮列车运行状态信息的统计分析，实现对磁浮列车关键系统的故障和寿命进行预测和预警，实现对悬浮控制系统、牵引系统和列控系统的故障进行预测和预警，实现对磁浮列车关键系统参数的变化进行预测和预警等。
S7、磁盘阵列再次存储系统服务器处理完毕的数据，以便历史记录查询和分析。
上述基于物联网的磁浮列车智能故障诊断方法，显然也具有可以实时监测磁浮列车核心系统的运行状态与数据，为车辆的维护保养和故障诊断提供准确、海量数据的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，其特征在于，包括安装于磁浮列车车辆电气柜中的硬件系统与配置于地面运控室的控制计算机内的软件系统，所述硬件系统包括列控通讯模块、悬浮通讯模块、数据采集处理模块和无线网络连接模块，所述数据采集处理模块通过列控通讯模块分别与磁浮列车的列控系统和牵引系统连接，所述数据采集处理模块通过悬浮通讯模块与磁浮列车的悬浮控制系统连接，所述数据采集处理模块用于采集列控系统传送过来的列控信息、牵引系统传送过来的牵引信息以及接收悬浮控制系统传送的悬浮信息，并对采集接收的列控信息、牵引信息和悬浮信息进行分类、打包和发送；所述软件系统包括系统服务器、磁盘阵列和网络设备，所述系统服务器通过网络设备和无线网络连接模块与数据采集处理模块连接，所述网络设备与无线网络连接模块连接，所述磁盘阵列与系统服务器连接，所述系统服务器用于接收数据采集处理模块发送的数据，并对数据进行处理与分析，所述磁盘阵列用于存储系统服务器发送的数据；所述系统服务器包括并行设置且分别与磁盘阵列连接的悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块和列控系统管理模块，所述悬浮系统管理模块用于对与悬浮控制系统相关的数据、状态进行数据处理和分析判断，进而得到悬浮控制系统的运行与故障状态；所述牵引系统管理模块用于对与牵引系统相关的数据、状态进行分析处理，进而得到牵引系统的运行与故障状态；所述列控系统管理模块用于对与列控系统相关的数据与状态进行分析处理，进而得到列控系统的运行与故障状态：
当通过悬浮系统管理模块检测到悬浮控制系统发生故障时，首先分析悬浮控制系统的自身系统数据，给出悬浮控制系统的初步故障诊断结果；同时，分析列控系统和牵引系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的运行速度、磁浮列车所处线路位置、车辆是否处于加速、减速或紧急制动状态的信息，进一步分析出影响悬浮控制系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到悬浮控制系统的故障等级，并在磁浮列车回库后，给出悬浮控制系统的故障维修建议；
和/或，当通过牵引系统管理模块检测到牵引系统发生故障时，首先分析牵引系统的自身系统数据，给出牵引系统的初步故障诊断结果；同时，分析悬浮控制系统和列控系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的悬浮状态、磁浮列车所处线路位置信息，进一步分析出影响牵引系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到牵引系统的故障等级，并在磁浮列车回库后，给出牵引系统的故障维修建议；
和/或，当通过列控系统管理模块检测到列控系统发生故障时，首先分析列控系统的自身系统数据，给出列控系统的初步故障诊断结果；同时，分析悬浮控制系统和牵引系统的数据，根据故障时刻磁浮列车的悬浮状态、磁浮列车所处线路位置、车辆是否处于加速、减速或紧急制动状态信息，进一步分析出影响列控系统故障的外部影响因素；综合初步故障诊断结果和外部影响因素最终得到列控系统的故障等级，并得到磁浮列车回库后，列控系统的故障维修建议。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集处理模块用于采集列控系统传送过来的列控信息包括磁浮列车的运行状态、速度、方向；和/或所述数据采集处理模块用于采集牵引系统中传送过来的牵引信息包括直线牵引电机的状态、电流、电压、频率；和/或所述数据采集处理模块用于接收悬浮控制系统传送的悬浮信息包括悬浮电流、悬浮间隙、悬浮加速度和悬浮控制器的故障信息。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，其特征在于，所述无线网络连接模块为5G物联网无线模块。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，其特征在于，所述硬件系统还包括第一接口、第二接口和第三接口，所述列控通讯模块通过第一接口与磁浮列车的列控系统连接，所述列控通讯模块通过第二接口与磁浮列车的牵引系统连接，所述悬浮通讯模块通过第三接口与磁浮列车的悬浮控制系统连接。
5.一种基于物联网的磁浮列车智能故障诊断方法，其特征在于，基于权利要求1-4中任一项所述的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断系统，包括如下步骤：
S1、将硬件系统安装于磁浮列车车辆电气柜中；
S2、将软件系统安装于地面运控室的控制计算机内；
S3、数据采集处理模块通过列车控制通讯模块分别采集列控系统传送过来的列控信息和牵引系统传送过来的的牵引信息；
S4、数据采集处理模块通过悬浮通讯模块接收悬浮控制系统传送的故障信息；
S5、数据采集处理模块对采集接收的列控信息、牵引信息和故障信息进行分类、打包，并通过无线网络连接模块发送至系统服务器；
S6、系统服务器通过网络设备接收数据采集处理模块发送的数据，并将接收到数据存储于磁盘阵列上，同时，对接收的数据进行分析与处理；
S7、磁盘阵列再次存储系统服务器处理完毕的数据，以便历史记录查询和分析。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的磁浮列车智能故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S6具体表现为：当系统服务器包括并行设置且分别与磁盘阵列连接的悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块和列控系统管理模块时，系统服务器通过网络设备接收数据采集处理模块发送的数据后，将数据存储于磁盘阵列上，并可同时运行悬浮系统管理模块、牵引系统管理模块、列控系统管理模块，通过悬浮系统管理模块对与悬浮控制系统相关的数据、状态进行数据处理和分析判断，通过牵引系统管理模块对与牵引系统相关的数据、状态进行分析处理，通过列控系统管理模块对与列控系统相关的数据与状态进行分析处理，以便实时监测磁浮列车悬浮控制系统、牵引系统、列控系统的运行状态与数据，为磁浮列车的维护保养和故障诊断提供准确、海量的数据。
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