CN115682468B - 一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气源热泵管控领域，具体为一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，包括采集单元、云控平台、预测单元、设备维护单元、输入输出单元、控制单元以及数据库；本发明是通过云控平台对多种信息进行分析，对整个系统中不同的分控环境温度调节单元实现科学化调温，提高使用时的舒适性，同时总体分析多个分单元的采暖效率，达到降低能耗的目的，通过接收天气预报，从而提前对空气源热泵机组内的水温进行调节，提高分单元管道内水温与外界温度变化的同步性，保证室内温度的恒定，通过对空气源热泵机组的总出水流速以及总回水流速进行比较，再对分单元管道进行逐一检测，从而保证减小对设备运行的影响。

Description

一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统

技术领域

本发明涉及空气源热泵管控领域，具体为一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统。

背景技术

空气源热泵是通过压缩机的工作使冷媒吸热与放热，实现利用空气中的低温热量转变为高温热量，使冷水逐步升温的新型机电产品工程，该产品所体现的节能环保性，必将使其成为煤改电政策之下的最佳解决方案，与传统采暖方式相比，该系统具有更省电、更环保、更利于人体健康等诸多优势，真正实现清洁取暖与节约能源的双重目标；

但在空气源热泵机组运行过程中，空气源热泵机组的运维管控逻辑对于空气源热泵的制热效率以及能源消耗量具有重大影响，而目前的空气源热泵机组在使用时的运维管控逻辑往往过于单一，使得部分情况下空气源热泵的效率低，能量损失大，不利于使用；

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明中，通过采集单元同时获取多组分单元管道中的流速信息以及水温信息，通过云控平台对多种信息进行分析，并通过建立科学的数学模型，对整个系统中不同的分控环境温度调节单元实现科学化调温，使得空气源热泵机组在保证多单元的采暖能力以及采暖单元内各处温度的均衡，提高使用时的舒适性，同时还能通过与最优采暖效率指标总体分析多个分单元的采暖效率，最终达到降低能耗的目的，通过预测单元从网络接收天气预报，从而提前对空气源热泵机组内的水温进行调节，提高分单元管道内水温与外界温度变化的同步性，保证室内温度的恒定，通过对空气源热泵机组的总出水流速以及总回水流速进行比较，实现对空气源热泵机组以及分单元管道的整体检测，若无泄露情况，则不会对空气源热泵机组以及分单元管道的整体运行产生影响，若发现泄露情况，则对分单元管道进行逐一检测，从而保证对设备整体运行的影响保持在最小限度，解决空气源热泵在使用过程中运维管控系统过于单一导致空气源热泵的运行效率低，能量损失大的问题，而提出一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，包括采集单元、云控平台、预测单元、设备维护单元、输入输出单元、控制单元以及数据库，所述采集单元通过传感器以固定的时间间隔采集室外温度、每个分单元的室内温度、空气源热泵的总出水温度、每个分单元的管内流速、每组分单元的出水温度和回水温度、空气源热泵的总管道出水端和回水端的流速，采集单元在采集到数据后，将数据发送至云控平台；

所述采集单元在采集到室内温度值后，将多组温度值中相邻的两组依次进行差值计算，得到室内温度变化值，并将室内温度变化值发送至云控平台，云控平台根据室内温度变化值对分单元管道内的流速进行调节，管理人员对某一组采暖单元输入高于室内温度的预设室温值时，输入输出单元向云控平台发送升温信号与预设室温值，云控平台收到升温信号后，将预设室温值与该组采暖分单元的出水温度进行比较，若预设室温值＞该组采暖分单元的出水温度，则云控平台生成流速增加信号，并将信号发送至控制单元，若预设室温值≤该组采暖分单元的出水温度，则云控平台生成加热信号，并将信号发送至控制单元，控制单元收到该信号后，控制空气源热泵机组提高总出水温度，云控平台在生成加热信号的同时，还生成其他分单元管道流速减小信号，并将其他分单元管道流速减小信号发送至控制单元，控制单元收到该信号后，控制其他采暖需求不变的分单元管道的管内流速减小；

所述云控平台对所有分单元管道的管内流速进行综合，并进行公式分析，对空气源热泵机组以及多组采暖单元的采暖效率进行判断，并根据判断结构不作出反应或生成低效率信号；

所述预测单元用于通过网络接收天气预报，并根据天气预报中气温变化，计算出保证室温不变的情况下空气源热泵机组的水温应有的对应变化；

所述设备维护单元用于对分单元管道的密封情况进行检测，通过对空气源热泵出水处的检测判断多组分单元管道是否发生泄露，若发生泄露，则再次逐一对分单元管道进行检测，并根据检测结果生成相应信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述云控平台根据室内温度变化值的调节过程如下：

所述云控平台收到室内温度变化值后，从数据库中调取室温变化阈值，并将室内温度变化值与室温变化阈值相比较，若室内温度变化值≤室温变化阈值，则生成流速增加信号，并将流速增加信号发送至控制单元，控制单元控制分单元管道阀门增加该采暖分单元所对应的分单元管道内的流速，若室内温度变化值＞室温变化阈值，则不作出反应；

所述控制单元中的每一组分单元管道阀门能够控制分单元管道的流速，云控平台从数据库中调取分单元管道内流速的范围值，云控平台将采集单元所采集到的分单元管道的管内流速与分单元管道内流速的范围值比较，若分单元管道的管内流速＜分单元管道内流速的范围值中最低值，则生成流速增大信号，并将信号发送至控制单元，若分单元管道的管内流速≥分单元管道内流速的范围值中的最大值，则生成流速减小信号，并将信号发送至控制单元，控制单元在收到流速增大信号后流速减小信号后，控制分单元管道阀门作出相应动作。

作为本发明的一种优选实施方式，所述云控平台对所有分单元管道的管内流速进行综合公式分析的过程如下：

所述云控平台从数据库中调取最优管内流速值V0，对分单元管道设置标号i，i=1，2…，n，n为正整数，并将每组分单元管道内的管内流速标记为Vi，对所有分单元管道内的管内流速值进行分析得出采暖效率指标X，其中V0为分单元管道的管内液体保持充足的热交换时间的同时管道尾端的温度仍保持在较为舒适情况下的管内流速，V0根据实际采暖分单元大小的不同实际确定；

所述云控平台从数据库中调取最优采暖效率指标X0，并将采暖效率指标X与最优采暖效率指标X0进行比较，若X＜X0，则不作出反应，若X≥X0，则生成低效率信号，并将低效率信号发送至输入输出单元，输入输出单元在收到低效率信号后，在显示屏上显示“采暖效率过低”文本，并将每条分单元管道中的管内流速Vi发送至输入输出单元，输入输出单元在显示屏上对每条分单元管道的Vi进行显示。

作为本发明的一种优选实施方式，所述预测单元接收天气预报的同时，从云控平台中调取当前时刻的室内温度、室外温度，分单元管内出水温度，并将上述数据与天气预报所获取的未来某一时刻的预计室外温度，根据公式分析出在该预计室外温度下维持室温恒定不变所需要的预计分单元管道内水温，预测单元根据预计分单元管道内的水温生成水温变化信号以及变化时间信号，并将水温变化信号和变化时间信号通过云控平台发送至控制单元，控制单元收到水温变化信号和变化时间信号后按照变化时间信号中的时间对空气源热泵机组的总出水温度进行调节。

作为本发明的一种优选实施方式，所述设备维护单元对空气源热泵出水处的检测判断过程如下：

设备维护单元从云控平台中调取空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值，并将空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值进行比较，若空气源热泵出水处的流速值＜空气源热泵回水处的流速值，则设备维护单元生成泄露信号，并将泄露信号发送至输入输出单元，输入输出单元收到泄露信号后发出管道泄露故障预警，输入输出单元收到泄露信号的同时，通过云控平台向控制单元发出排查信号。

作为本发明的一种优选实施方式，所述设备维护单元对分单元管道出水处的检测判断过程如下：

所述控制单元收到排查信号后，在关闭第一条分单元管道阀门，重新对空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值进行一次比较，若空气源热泵出水处的流速值＜空气源热泵回水处的流速值，则控制单元将该条分单元管道阀门重新打开，继续关闭下一条分单元管道，重复上述比较步骤，若某一条分单元管道在被关闭时，空气源热泵出水处的流速值=空气源热泵回水处的流速值，则控制单元生成分单元管道泄露信号，并将分单元管道泄露信号通过云控平台发送至输入输出单元，输入输出单元在显示屏上显示发生泄露的具体分单元管道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过采集单元同时获取多组分单元管道中的流速信息以及水温信息，通过云控平台对多种信息进行分析，并通过建立科学的数学模型，对整个系统中不同的分控环境温度调节单元实现科学化调温，使得空气源热泵机组在保证多单元的采暖能力以及采暖单元内各处温度的均衡，提高使用时的舒适性，同时还能通过与最优采暖效率指标总体分析多个分单元的采暖效率，最终达到降低能耗的目的。

2、本发明中，通过预测单元从网络接收天气预报，及时了解外界气温变化，从而提前对空气源热泵机组内的水温进行调节，从而提高分单元管道内水温与外界温度变化的同步性，保证室内温度的恒定，防止出现室温因外界温度变化而频繁波动的情况。

3、本发明中，通过对空气源热泵机组的总出水流速以及总回水流速进行比较，实现对空气源热泵机组以及分单元管道的整体检测，若无泄露情况，则不会对空气源热泵机组以及分单元管道的整体运行产生影响，若发现泄露情况，则对分单元管道进行逐一检测，从而保证对设备整体运行的影响保持在最小限度。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

在空气源热泵机组运行过程中，空气源热泵机组的运维管控逻辑对于空气源热泵的制热效率以及能源消耗量具有重大影响，而目前的空气源热泵机组在使用时的运维管控逻辑往往过于单一，使得部分情况下空气源热泵的效率低，能量损失大，不利于使用。

在空气源热泵机组运行过程中，空气源热泵机组的运维管控逻辑对于空气源热泵的制热效率以及能源消耗量具有重大影响，而目前的空气源热泵机组在使用时的运维管控逻辑往往过于单一，使得部分情况下空气源热泵的效率低，能量损失大，不利于使用。

请参阅图1所示，一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，空气源热泵机组连接有多组分单元管道，每组分单元管道对应一个采暖分单元，供暖单元可以为一个房间、仓库等空间，一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统包括采集单元、云控平台、预测单元、设备维护单元、输入输出单元、控制单元以及数据库，其中采集单元通过传感器以固定的时间间隔采集运行数据，运行数据为室外温度、每个分单元的室内温度、空气源热泵的总出水温度、每个分单元的管内流速以及每组分单元的出水温度和回水温度。

采集单元在采集到运行数据后，将运行数据发送至云控平台，云控平台将同一时刻的室外温度值与室内温度值进行差值计算，得到室内外温度差，采集单元在采集到室内温度值后，将多组温度值中相邻的两组依次进行差值计算，得到室内温度变化值，并将室内温度变化值发送至云控平台；

云控平台收到室内温度变化值后，从数据库中调取室温变化阈值，并将室内温度变化值与室温变化阈值相比较，若室内温度变化值≤室温变化阈值，则生成流速增加信号，并将流速增加信号发送至控制单元，控制单元控制分单元管道阀门增加该采暖分单元所对应的分单元管道内的流速，若室内温度变化值＞室温变化阈值，则不作出反应；

控制单元中的每一组分单元管道阀门能够控制分单元管道的流速，云控平台从数据库中调取分单元管道内流速的范围值，云控平台将采集单元所采集到的分单元管道的管内流速与分单元管道内流速的范围值比较，若分单元管道的管内流速＜分单元管道内流速的范围值中最低值，容易使得管道内的含热液体热交换时间过长，使得尾端管道内液体温度过低，造成采暖分单元内温度分布不均匀，则生成流速增大信号，并将信号发送至控制单元，若分单元管道的管内流速≥分单元管道内流速的范围值中的最大值，容易使得管道内含热液体热交换时间不足，导致回水温度过高，造成能量浪费，则生成流速减小信号，并将信号发送至控制单元，控制单元在收到流速增大信号后流速减小信号后，控制分单元管道阀门作出相应动作，使得分单元管道的管内流速处于分单元管道内流速的范围值之内。

管理人员能够通过改变输入输出单元中的预设室温值对采暖分单元的采暖需求进行调整，当某一采暖分单元的预设室温值高于室内温度时，输入输出单元向云控平台发送升温信号与预设室温值，云控平台收到升温信号后，将预设室温值与该组采暖分单元的出水温度进行比较，若预设室温值＞该组采暖分单元的出水温度，则云控平台生成流速增加信号，并将信号发送至控制单元，若预设室温值≤该组采暖分单元的出水温度，则云控平台生成加热信号，并将信号发送至控制单元，控制单元收到该信号后，控制空气源热泵机组提高总出水温度，云控平台在生成加热信号的同时，还生成其他分单元管道流速减小信号，并将其他分单元管道流速减小信号发送至控制单元，控制单元收到该信号后，控制其他采暖需求不变的分单元管道的管内流速减小。

云控平台从数据库中调取最优管内流速值V0，对分单元管道设置标号i，i=1，2…，n，n为正整数，并将每组分单元管道内的管内流速标记为Vi，对所有分单元管道内的管内流速值进行分析得出采暖效率指标X，，其中V0为分单元管道的管内液体保持充足的热交换时间的同时管道尾端的温度仍保持在较为舒适情况下的管内流速，V0根据实际采暖分单元大小的不同实际确定；

云控平台从数据库中调取最优采暖效率指标X0，并将采暖效率指标X与最优采暖效率指标X0进行比较，若X＜X0，则不作出反应，若X≥X0，则生成低效率信号，并将低效率信号发送至输入输出单元，输入输出单元在收到低效率信号后，在显示屏上显示“采暖效率过低”文本，并将每条分单元管道中的管内流速Vi发送至输入输出单元，输入输出单元在显示屏上对每条分单元管道的Vi进行显示。

预测单元通过网络接收天气预报，并从云控平台中调取当前时刻的室内温度、室外温度，将室内温度标记为A，室外温度标记为B，分单元管内出水温度标记为C，天气预报所获取的未来某一时刻的预计室外温度标记为D，未来同一时刻的分单元出水温度标记为E，根据热力学公式，，其中k为传热系数，f为换热面积，△t为温差，对于某一固定的采暖单元，kf为固定值，对于维持恒温的采暖单元，其散热量与采暖量保持平衡，得到比例关系，因此，当未来某一时刻室外温度为D时，保持室温不变所需的管道出水温度，预测单元根据E生成水温变化信号以及变化时间信号，并将水温变化信号和变化时间信号通过云控平台发送至控制单元，控制单元收到水温变化信号和变化时间信号后按照变化时间信号中的时间对空气源热泵机组的总出水温度进行调节，使得分单元的出水温度符合E中所预测的温度。

设备维护单元从云控平台中调取空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值，并将空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值进行比较，若空气源热泵出水处的流速值＜空气源热泵回水处的流速值，则设备维护单元生成泄露信号，并将泄露信号发送至输入输出单元，输入输出单元收到泄露信号后发出管道泄露故障预警，输入输出单元收到泄露信号的同时，通过云控平台向控制单元发出排查信号，控制单元收到排查信号后，逐一关闭每条分单元管道，并在关闭每一条分单元管道时，重新对空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值进行一次比较，若空气源热泵出水处的流速值＜空气源热泵回水处的流速值，则该条分单元管道未发生泄露，控制单元将该条分单元管道重新打开，并继续关闭下一条分单元管道，重复上述比较步骤，若某一条分单元管道被关闭时，出现了空气源热泵出水处的流速值=空气源热泵回水处的流速值，则判定该条管道发生泄露，控制单元生成分单元管道泄露信号，并将分单元管道泄露信号通过云控平台发送至输入输出单元，输入输出单元在显示屏上显示发生泄露的具体分单元管道。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，其特征在于，包括采集单元、云控平台、预测单元、设备维护单元、输入输出单元、控制单元以及数据库，所述采集单元通过传感器以固定的时间间隔采集运行数据，其中运行数据为室外温度、每个分单元的室内温度、空气源热泵的总出水温度、每个分单元的管内流速、每组分单元的出水温度和回水温度、空气源热泵的总管道出水端和回水端的流速，采集单元在采集到运行数据后，将运行数据发送至云控平台；

所述采集单元在采集到室内温度值后，将多组温度值中相邻的两组依次进行差值计算，得到室内温度变化值，并将室内温度变化值发送至云控平台，云控平台根据室内温度变化值对分单元管道内的流速进行调节，管理人员对某一组采暖单元输入高于室内温度的预设室温值时，输入输出单元向云控平台发送升温信号与预设室温值，云控平台收到升温信号后，将预设室温值与该组采暖分单元的出水温度进行比较，若预设室温值≤该组采暖分单元的出水温度，则云控平台生成流速增加信号，并将信号发送至控制单元，若预设室温值＞该组采暖分单元的出水温度，则云控平台生成加热信号，并将信号发送至控制单元，控制单元收到该信号后，控制空气源热泵机组提高总出水温度，云控平台在生成加热信号的同时，还生成其他分单元管道流速减小信号，并将其他分单元管道流速减小信号发送至控制单元，控制单元收到该信号后，控制其他采暖需求不变的分单元管道的管内流速减小；

所述云控平台对所有分单元管道的管内流速进行综合，并进行公式分析，对空气源热泵机组以及多组采暖单元的采暖效率进行判断，并根据判断结构不作出反应或生成低效率信号；

所述预测单元用于通过网络接收天气预报，并根据天气预报中气温变化，计算出保证室温不变的情况下空气源热泵机组的水温应有的对应变化；

所述设备维护单元用于对分单元管道的密封情况进行检测，通过对空气源热泵出水处的检测判断多组分单元管道是否发生泄露，若发生泄露，则再次逐一对分单元管道进行检测，并根据检测结果生成相应信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，其特征在于，所述云控平台根据室内温度变化值的调节过程如下：

所述云控平台收到室内温度变化值后，从数据库中调取室温变化阈值，并将室内温度变化值与室温变化阈值相比较，若室内温度变化值≤室温变化阈值，则生成流速增加信号，并将流速增加信号发送至控制单元，控制单元控制分单元管道阀门增加该采暖分单元所对应的分单元管道内的流速，若室内温度变化值＞室温变化阈值，则不作出反应；

所述控制单元中的每一组分单元管道阀门能够控制分单元管道的流速，云控平台从数据库中调取分单元管道内流速的范围值，云控平台将采集单元所采集到的分单元管道的管内流速与分单元管道内流速的范围值比较，若分单元管道的管内流速＜分单元管道内流速的范围值中最低值，则生成流速增大信号，并将信号发送至控制单元，若分单元管道的管内流速≥分单元管道内流速的范围值中的最大值，则生成流速减小信号，并将信号发送至控制单元，控制单元在收到流速增大信号后流速减小信号后，控制分单元管道阀门作出相应动作。

3.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，其特征在于，所述云控平台对所有分单元管道的管内流速进行综合公式分析的过程如下：

所述云控平台从数据库中调取最优管内流速值V0，对分单元管道设置标号i，i=1，2…，n，n为正整数，并将每组分单元管道内的管内流速标记为Vi，对所有分单元管道内的管内流速值进行分析得出采暖效率指标X，其中V0为分单元管道的管内液体保持充足的热交换时间的同时管道尾端的温度仍保持在较为舒适情况下的管内流速，V0根据实际采暖分单元大小的不同实际确定；

所述云控平台从数据库中调取最优采暖效率指标X0，并将采暖效率指标X与最优采暖效率指标X0进行比较，若X＜X0，则不作出反应，若X≥X0，则生成低效率信号，并将低效率信号发送至输入输出单元，输入输出单元在收到低效率信号后，在显示屏上显示“采暖效率过低”文本，并将每条分单元管道中的管内流速Vi发送至输入输出单元，输入输出单元在显示屏上对每条分单元管道的Vi进行显示。

4.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，其特征在于，所述预测单元接收天气预报的同时，从云控平台中调取当前时刻的室内温度、室外温度，分单元管内出水温度，并将上述数据与天气预报所获取的未来某一时刻的预计室外温度，根据公式分析出在该预计室外温度下维持室温恒定不变所需要的预计分单元管道内水温，预测单元根据预计分单元管道内的水温生成水温变化信号以及变化时间信号，并将水温变化信号和变化时间信号通过云控平台发送至控制单元，控制单元收到水温变化信号和变化时间信号后按照变化时间信号中的时间对空气源热泵机组的总出水温度进行调节。

5.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，其特征在于，所述设备维护单元对空气源热泵出水处的检测判断过程如下：

设备维护单元从云控平台中调取空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值，并将空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值进行比较，若空气源热泵出水处的流速值＞空气源热泵回水处的流速值，则设备维护单元生成泄露信号，并将泄露信号发送至输入输出单元，输入输出单元收到泄露信号后发出管道泄露故障预警，输入输出单元收到泄露信号的同时，通过云控平台向控制单元发出排查信号。

6.根据权利要求5所述的一种基于数据分析的空气源热泵机组智能运维管控系统，其特征在于，所述设备维护单元对分单元管道出水处的检测判断过程如下：

所述控制单元收到排查信号后，在关闭第一条分单元管道阀门，重新对空气源热泵出水处的流速值与空气源热泵回水处的流速值进行一次比较，若空气源热泵出水处的流速值＞空气源热泵回水处的流速值，则控制单元将该条分单元管道阀门重新打开，继续关闭下一条分单元管道，重复上述比较步骤，若某一条分单元管道在被关闭时，空气源热泵出水处的流速值=空气源热泵回水处的流速值，则控制单元生成分单元管道泄露信号，并将分单元管道泄露信号通过云控平台发送至输入输出单元，输入输出单元在显示屏上显示发生泄露的具体分单元管道。

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