CN116378945A - 一种基于流量软测量的水泵调节方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于流量软测量的水泵调节方法及装置,该方法包括:获取供回水干管温差,基于PID算法计算水泵当前的第一运行频率;获取水泵进出口压差,基于不同水泵流量下的进出口压差推导水泵性能曲线;将上一时刻的水泵运行频率代入对应频率的水泵性能曲线中,得到上一时刻的水泵流量,将上一时刻的水泵流量与预设的水泵最小流量进行对比,若上一时刻的水泵流量大于或等于水泵最小流量,将水泵的运行频率调节为第一运行频率;若上一时刻的水泵流量小于水泵最小流量,获取上一时刻的水泵运行频率,将水泵的运行频率调节为第一运行频率与上一时刻的水泵运行频率中的较大值。本发明能够获得更低的水泵运行频率下限,达到水泵节能控制。
Description
技术领域
本申请涉及空调水系统调控技术领域,更具体地,涉及一种基于流量软测量的水泵调节方法及系统。
背景技术
水泵是空调、供热系统中的主要耗能设备。为适应用户侧水量的需求变化,水泵运行中常通过对水泵转速的调节以达到自身流量匹配。在空调水变流量系统中,随着末端负荷的变化,水系统常采用变频器控制水泵运行频率。主要方法是根据供回水温差(一般为3℃或4℃)调节水泵频率,改变系统流量,在系统处于低负荷的情况下,能显著降低水泵能耗。
目前,大多数变水流量系统常用的水泵变频控制方法为温差控制法,即通过控制供回水温差来调节水泵频率。但是当制冷机蒸发器流量小于其最低限定流量时,制冷机会进行自我保护而停止工作,因此需设定水泵运行频率下限。实际运行中为了保护制冷机正常运行,需要保证通过制冷主机的流量不低于某个限值,常将该水泵频率下限设置得很高,不利于水泵节能。
专利CN115573926A公开一种结合BP神经网络拟合特性曲线的机房水泵节能运行方法,其主要方案为:对于冷冻泵模块采用压差控制法,根据主机冷量和设定的冷冻水供回水温差范围,计算得到冷冻水流量范围,结合BP神经网络训练得到水泵的特性曲线,在给定的主管压差下,找到水泵效率最高点对应的频率,并逐渐增加水泵台数,可找到多个水泵开启方案。然而,该方法存在以下不足:各水泵频率控制在30~50Hz内,水泵频率下限30Hz为采用经验值,实际水泵频率下限可更低,且神经网络较难在实际工程中应用。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求,本发明提供了一种基于流量软测量的水泵调节方法及装置,能够获得更低的水泵运行频率下限,达到水泵节能控制。
为实现上述目的,按照本发明的第一个方面,提供了一种基于流量软测量的水泵调节方法,该方法包括:
获取供回水干管温差,基于PID算法计算水泵当前的第一运行频率;
获取水泵进出口压差,基于不同水泵流量下的水泵进出口压差推导水泵性能曲线;
将上一时刻的水泵运行频率代入所述水泵性能曲线中,得到上一时刻的水泵流量,将上一时刻的水泵流量与预设的水泵最小流量进行对比,若上一时刻的水泵流量大于或等于水泵最小流量,则将水泵的运行频率调节为第一运行频率;若上一时刻的水泵流量小于水泵最小流量,则获取上一时刻的水泵运行频率,将水泵的运行频率调节为所述第一运行频率与上一时刻的水泵运行频率中的较大值。
进一步地,上述基于流量软测量的水泵调节方法,其中,所述获取供回水干管温差,基于PID算法计算水泵当前的第一运行频率,具体包括:
获取供回水干管温差,将所述供回水干管温差作为PID算法的输入;
将实测得到的供回水干管温差与供回水干管温差的设定值进行对比,PID算法根据所述对比结果输出控制信号;
根据所述控制信号以及水泵的运行参数计算水泵当前的第一运行频率。
进一步地,上述基于流量软测量的水泵调节方法,其中,所述根据所述控制信号以及水泵的运行参数计算水泵当前的第一运行频率,具体包括:
基于水泵的运行频率上限、水泵的运行频率下限以及所述控制信号,计算水泵当前的第一运行频率,如下式所示:
fcal=fmin+(fmax-fmin)×C
其中,fmin为水泵运行频率下限,fmax为水泵运行频率上限,fcal为第一运行频率。
进一步地,上述基于流量软测量的水泵调节方法,其中,所述获取水泵进出口压差,基于不同水泵流量下的水泵进出口压差推导水泵性能曲线,具体包括:
在工频状态下,获取水泵进出口压差,计算对应的水泵扬程;
改变水泵的流量,多次测量并计算得到多组水泵流量和其对应的扬程状态点;
根据多组数据绘制得到工频状态下的水泵性能曲线,并通过公式推导得到不同频率下的水泵性能曲线,如下式所示:
H=a+bQ+CQ2
其中,a,b,c为拟合系数,Q为水泵流量,H为水泵扬程,f为水泵频率。
进一步地,上述基于流量软测量的水泵调节方法,其中,通过调节水泵阀门开度,改变水泵的流量,其中,水泵流量的变化范围为水泵额定流量的30%~100%。
按照本发明的第二个方面,还提供了一种基于流量软测量的水泵调节装置,该装置包括温度传感器、压差传感器、水系统优化控制器与变频器;
所述温度传感器用于采集供回水干管的温度,并将所述供水管温度与回水管温度分别传输至所述水系统优化控制器;
所述压差传感器用于采集水泵进出口压差,并将压差传输至所述水系统优化控制器;
所述水系统优化控制器用于接收所述供水管温度、所述回水管温度与所述水泵进出口压差,并输出频率控制信号;
所述变频器用于接收所述频率控制信号,将水泵的运行频率调节到指定频率。
进一步地,上述基于流量软测量的水泵调节装置,其中,所述水系统优化控制器包括PID控制器,所述供回水干管的温度为PID控制器的输入,PID控制器用于将实测得到的供回水干管温差与供回水干管温差的设定值进行对比,输出控制信号控制水泵的频率。
进一步地,上述基于流量软测量的水泵调节装置,其中,所述水系统优化控制器包括两种控制模式,第一控制模式为:当上一时刻的水泵流量大于或等于水泵最小流量,输出第一运行频率控制信号;第二控制模式为:当上一时刻的水泵流量小于水泵最小流量,输出第二运行频率控制信号;
当所述变频器接收所述第一运行频率控制信号时,将水泵的运行频率调节到第一运行频率,当所述变频器接收所述第二运行频率控制信号时,将水泵的运行频率调节所述第一运行频率与上一时刻水泵运行频率中的较大值。
按照本发明的第三个方面,还提供了一种电子设备,其包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元,其中,所述存储单元存储有计算机程序,当所述计算机程序被所述处理单元执行时,使得所述处理单元执行上述任一项所述方法的步骤。
按照本发明的第四个方面,还提供了一种存储介质,其存储有可由电子设备执行的计算机程序,当所述计算机程序在电子设备上运行时,使得所述电子设备执行上述任一项所述方法的步骤。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
本发明提供的基于流量软测量的水泵调节方法及装置,通过PID算法计算水泵的第一运行频率,将当前水泵流量与最小流量对比,根据对比结果控制水泵的运行频率;本发明基于水泵前后压差的水泵流量软测量的方法获得水泵水流量,并控制水泵的运行频率使得水泵的流量不小于制冷机蒸发器最小流量,能够获得更低的水泵运行频率下限,达到最优的水泵节能控制。
本发明提供的基于流量软测量的水泵调节方法及装置,对于不同的系统,只需要计算出不同频率下水泵性能曲线,即可获得水泵历史运行数据;对于多台水泵并联的情况,只需增加压差信号输入口和变频信号输出口即可推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于流量软测量的水泵调节方法的流程示意图;
图2为本申请实施例提供的基于流量软测量的水泵调节装置的结构连接示意图;
图3为本申请实施例提供的水系统优化控制器接口示意图;
图4为本申请实施例提供的另一种水泵调节装置的结构连接示意图;
图5为本申请实施例提供的另一种水系统优化控制器接口示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
一方面,本申请提供了一种基于软流量的水泵调节方法,图1为本申请实施例提供的一种基于流量软测量的水泵调节方法的流程示意图,请参阅图1,该方法包括以下步骤:
(1)获取供回水干管温差,基于PID算法计算水泵当前的第一运行频率;
具体地,通过温度传感器获取供水温度与回水温度后,将供水温度与回水温度分别作为PID算法的输入,计算供回水干管温差,通过PID控制器将供回水干管温差与预设的供回水温度设定值进行对比,根据对比结果输出控制信号,调节水泵的运行频率,此时水泵的运行频率为第一运行频率。
在一个具体的实施例中,根据PID算法输出的控制信号,以及水泵的运行参数计算水泵当前的第一运行频率,如下式所示:
fcal=fmin+(fmax-fmin)×C
其中,fmin为水泵运行频率下限,fmax为水泵运行频率上限,fcal为第一运行频率。
(2)获取水泵进出口压差,基于不同水泵流量下的水泵进出口压差推导水泵性能曲线;
在工频状态下,调节供水干管上的阀门开度,改变水泵的流量,同时采用压差传感器采集水泵进出口压差,并记录不同水泵流量下的水泵进出口压差。根据水泵进出口压差,以及水泵进出口处的流速、水泵进出口高度等参数,计算其对应的水泵扬程,获得多组水泵流量与其对应的扬程状态点,将多组数据绘制得到工频状态下的水泵性能曲线,并通过公式推导得到不同频率下的水泵性能曲线,如下式所示:
H=a+bQ+CQ2
其中,a,b,c为拟合系数,Q为水泵流量,H为水泵扬程,f为水泵频率。
通过事先测量得到每台水泵工频下的性能曲线,经过公式推导得到每台水泵不同频率下的性能曲线。
在一个具体的实施例中,可采用手持式超声波流量计测量不同阀门开度下的工频运行时的水泵流量。
在一个具体的实施例中,在调节供水干管上的阀门开度改变水泵的流量时,水泵流量的变化范围为水泵额定流量的30%~100%。
(3)将上一时刻的水泵运行频率fp代入所述水泵性能曲线中,得到上一时刻的水泵流量Q,将上一时刻的水泵流量Q与预设的水泵最小流量Qmin进行对比,若上一时刻的水泵流量Q大于或等于水泵最小流量Qmin,则将水泵的运行频率调节为第一运行频率fcal;若上一时刻的水泵流量Q小于水泵最小流量Qmin,则获取上一时刻的水泵运行频率fp,将水泵的运行频率调节为所述第一运行频率fcal与上一时刻的水泵运行频率fp中的较大值,即:
另一方面,本申请提供了一种基于流量软测量的水泵调节装置,图2为本申请实施例提供的基于流量软测量的水泵调节装置的结构连接示意图,该装置,包括温度传感器、压差传感器、水系统优化控制器与变频器;温度传感器分别设置于供水干管与回水干管,压差传感器设置于水泵的进出水管口。
其中,温度传感器用于采集供回水温度,并将所述供水管温度与回水管温度分别传输至所述水系统优化控制器;所述压差传感器用于采集水泵进出口压差,并将压差传输至所述水系统优化控制器;所述水系统优化控制器用于接收所述供水管温度、所述回水管温度与所述水泵进出口压差,并输出频率控制信号;所述变频器用于接收所述频率控制信号,将水泵的运行频率调节到指定频率。
进一步地,水系统优化控制器包括PID控制器,所述供水管与所述回水管的温度为PID控制器的输入,PID控制器用于将实测得到的供回水干管温差与供回水干管温差的设定值进行对比,输出控制信号控制水泵的频率。
水系统优化控制器包括两种控制模式,第一控制模式为:上一时刻的水泵流量Q大于或等于水泵最小流量Qmin,,输出第一运行频率控制信号;第二控制模式为:当上一时刻的水泵流量Q小于水泵最小流量Qmin,,输出第二运行频率控制信号;当所述变频器接收所述第一运行频率控制信号时,将水泵的运行频率调节到第一运行频率fcal,当所述变频器接收所述第二运行频率控制信号时,将水泵的运行频率调节所述第一运行频率fcal与上一时刻水泵运行频率fp中的较大值。
实施例1,对一台冷冻水泵运行时的水泵调节装置与方法进行举例说明。
图3为本申请实施例提供的水系统优化控制器接口示意图,如图3所示,水系统优化控制器包括5个AI输入端口,分别用于输入下列信号:冷冻水泵进出口压差ΔP1,冷冻水供回水温度T1、T2以及冷却水供回水温度T3、T4;包括2个DI输入端口,分别用于输入冷冻水泵运行状态信号以及冷却水泵运行状态信号,包括2个AO输出端口,用于输出冷冻水泵变频器频率f1以及冷却水泵变频器频率f2。在通讯方面,作为一个示例,可以预留2~3个网口,2个RS485接口以及1个TCP/IP接口。
此时,对于空调冷冻水系统,水系统优化控制器首先判断水泵的运行状态,在水泵处于开启状态的情况下,PID控制器根据干管供回水温度T1、T2计算温差,计算水泵运行频率为fcal。控制器根据监测所得上一时刻的水泵运行频率fp1,基于对应频率的水泵性能曲线,根据水泵进出口压差传感器所测压差ΔP1,计算得到水泵扬程,即可在水泵性能曲线上找到对应该扬程下的水泵流量Q1,再根据Q1与Qmin的大小,控制此时的水泵频率。
此时,对于空调冷却水系统,水系统优化控制器首先判断水泵的运行状态,在冷却水泵处于开启状态的情况下,PID控制器根据干管供回水温度T3、T4计算温差,计算得到水泵运行频率为f2,f2即为冷却水泵的运行频率。
实施例2,对三台冷冻水泵并联运行时的水泵调节装置与方法进行举例说明。
三台冷冻水泵并联运行时的水泵调节装置如图4所示,图5为本申请实施例提供的另一种水系统优化控制器接口示意图,如图5所示,水系统优化控制器包括7个AI输入,分别用于输入下列信号:1#~3#冷冻水泵进出口压差ΔP1、ΔP2、ΔP3,冷冻水供回水温度T1、T2以及冷却水供回水温度T3、T4;包括6个DI输入端口,分别用于输入1#~3#冷冻水泵运行状态以及4#~6#冷却水泵运行状态;包括6个AO输出端口,分别用于输出1#~3#冷冻水泵变频器频率f1、f2、f3以及4#~6#冷却水泵变频器频率f4、f5、f6。在通讯方面,作为一个示例,可以预留2~3个网口,2个RS485接口,1个TCP/IP接口。
此时,对于空调冷冻水系统,水系统优化控制器首先判断水泵的运行状态,在1#、2#、3#水泵处于开启状态的情况下,PID控制器根据干管供回水温度T1、T2计算温差,分别计算水泵运行频率为fcal1、fcal2、fcal3。控制器根据监测所得上一时刻的各台冷冻水泵运行频率fp1、fp2、fp3,基于对应频率的水泵性能曲线,根据水泵进出口压差传感器所测压差ΔP1、ΔP2、ΔP3分别计算得到水泵扬程,即可在水泵性能曲线上找到对应该扬程下的水泵流量Q1、Q2、Q3。再根据Q1、Q2、Q3与Qmin的大小,控制此时的水泵频率。
此时,对于空调冷却水系统,水系统优化控制器首先判断水泵的运行状态,在4#、5#、6#冷却水泵处于开启状态的情况下,PID控制器根据干管供回水温度T3、T4计算温差,计算得到4#、5#、6#冷却水泵运行频率分别为f4、f5、f6,f4、f5、f6即为冷却水泵的运行频率。
本申请还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中,计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘,包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC),或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
需要说明的是,对于前述的各方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置,可通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储器中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括:U盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储器中,存储器可以包括:闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取器(Random AccessMemory,RAM)、磁盘或光盘等。
以上所述者,仅为本公开的示例性实施例,不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰,皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后,将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的范围和精神由权利要求限定。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
本领域的技术人员容易理解,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、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于流量软测量的水泵调节方法,其特征在于,包括:
获取供回水干管温差,基于PID算法计算水泵当前的第一运行频率;
获取水泵进出口压差,基于不同水泵流量下的水泵进出口压差推导水泵性能曲线;
将上一时刻的水泵运行频率代入所述水泵性能曲线中,得到上一时刻的水泵流量,将上一时刻的水泵流量与预设的水泵最小流量进行对比,若上一时刻的水泵流量大于或等于水泵最小流量,则将水泵的运行频率调节为第一运行频率;若上一时刻的水泵流量小于水泵最小流量,则获取上一时刻的水泵运行频率,将水泵的运行频率调节为所述第一运行频率与上一时刻的水泵运行频率中的较大值。
2.如权利要求1所述的基于流量软测量的水泵调节方法,其中,所述获取供回水干管温差,基于PID算法计算水泵当前的第一运行频率,具体包括:
获取供回水干管温差,将所述供回水干管温差作为PID算法的输入;
将实测得到的供回水干管温差与供回水干管温差的设定值进行对比,PID算法根据所述对比结果输出控制信号;
根据所述控制信号以及水泵的运行参数计算水泵当前的第一运行频率。
3.如权利要求2所述的基于流量软测量的水泵调节方法,其中,所述根据所述控制信号以及水泵的运行参数计算水泵当前的第一运行频率,具体包括:
基于水泵的运行频率上限、水泵的运行频率下限以及所述控制信号,计算水泵当前的第一运行频率,如下式所示:
fcal=fmin+(fmax-fmin)×C
其中,fmin为水泵运行频率下限,fmax为水泵运行频率上限,fcal为第一运行频率。
5.如权利要求1所述的基于流量软测量的水泵调节方法,其中,通过调节水泵阀门开度,改变水泵的流量,其中,水泵流量的变化范围为水泵额定流量的30%~100%。
6.一种基于流量软测量的水泵调节装置,其特征在于,包括温度传感器、压差传感器、水系统优化控制器与变频器;
所述温度传感器用于采集供回水干管的温度,并将所述供水管温度与回水管温度分别传输至所述水系统优化控制器;
所述压差传感器用于采集水泵进出口压差,并将压差传输至所述水系统优化控制器;
所述水系统优化控制器用于接收所述供水管温度、所述回水管温度与所述水泵进出口压差,并输出频率控制信号;
所述变频器用于接收所述频率控制信号,将水泵的运行频率调节到指定频率。
7.如权利要求6所述的基于流量软测量的水泵调节装置,其中,所述水系统优化控制器包括PID控制器,所述供回水干管的温度为PID控制器的输入,PID控制器用于将实测得到的供回水干管温差与供回水干管温差的设定值进行对比,输出控制信号控制水泵的频率。
8.如权利要求7所述的基于流量软测量的水泵调节装置,其中,所述水系统优化控制器包括两种控制模式,第一控制模式为:当上一时刻的水泵流量大于或等于水泵最小流量,输出第一运行频率控制信号;第二控制模式为:当上一时刻的水泵流量小于水泵最小流量,输出第二运行频率控制信号;
当所述变频器接收所述第一运行频率控制信号时,将水泵的运行频率调节到第一运行频率,当所述变频器接收所述第二运行频率控制信号时,将水泵的运行频率调节所述第一运行频率与上一时刻水泵运行频率中的较大值。
9.一种电子设备,其特征在于,包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元,其中,所述存储单元存储有计算机程序,当所述计算机程序被所述处理单元执行时,使得所述处理单元执行权利要求1~5任一项所述方法的步骤。
10.一种存储介质,其特征在于,其存储有可由电子设备执行的计算机程序,当所述计算机程序在电子设备上运行时,使得所述电子设备执行权利要求1~5任一项所述方法的步骤。
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