CN117420808A - 模块化控制方法和系统、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种模块化控制方法和系统、电子设备及存储介质，涉及智能控制技术领域。该方法收集对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息；确定至少一个控制功能；对至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能；基于至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块；响应于目标控制请求，展示至少一个功能模块的标识；接收组合选取的一个或多个目标标识；利用一个或多个目标标识各自对应的功能模块，响应目标控制指令。本实施例基于至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块，可以根据实际控制需求组合选取，满足完整的控制系统需求。
Description
技术领域
本申请涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种模块化控制方法和系统、电子设备及存储介质。
背景技术
工业控制系统主要是指对工业生产过程进行自动控制的系统，旨在确保生产过程的效率、安全和产品质量。该系统涉及多种技术和组件，如传感器、执行器、控制器、通信网络等。这些组件和技术可以协同工作，以实现生产过程的自动化和优化。例如，传感器可以监测生产过程中的各种参数，如温度、压力、液位等，并将这些参数转化为可识别的信号。执行器可以根据这些信号采取相应的动作，如调节阀门、控制开关等，以保持生产过程的稳定和高效。目前，需要针对各个工业控制项目开发相应的控制系统，例如针对工业控制项目1开发控制系统1，工业控制项目2开发控制系统2，工业控制项目3开发控制系统3等等，开发效率低，且费时费力，亟待解决这一技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的模块化控制方法和系统、电子设备及存储介质。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种模块化控制方法，包括：
收集对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息；其中，所述一个或多个待控系统包括加速器系统、散裂靶系统、反应堆系统中的一个或多个；
分析所述对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息，确定至少一个控制功能；
对所述至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能；
基于所述至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块；
响应于目标控制请求，展示所述至少一个功能模块的标识；
接收根据所述至少一个功能模块的标识组合选取的一个或多个目标标识；
利用所述一个或多个目标标识各自对应的功能模块，响应目标控制指令。
在一种可能的实现方式中，所述至少一个控制功能包括操作界面、数据库和数据库应用、日志、报警、数据分析及可视化工具、状态监测、网络、定时服务、束流允许、联锁、安全、自动化流程、快速恢复、权限管理、工作模式、运行计划、数据存档与备份、数据显示与分析、可视化与后处理、边缘计算、云计算中的一种或多种。
在一种可能的实现方式中，所述底层用于实现可配置控制功能的硬件包括：用于实现可配置控制功能的板卡。
在一种可能的实现方式中，所述板卡包括底板、核心板、功能子卡和接口板；
所述核心板与所述底板可插拔连接；
所述功能子卡与所述底板可插拔连接；
所述接口板与所述底板可插拔连接。
第二方面，提供了一种模块化控制系统，包括：
控制需求信息收集单元，用于收集对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息；其中，所述一个或多个待控系统包括加速器系统、散裂靶系统、反应堆系统中的一个或多个；
控制功能确定单元，用于分析所述对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息，确定至少一个控制功能；
模块化功能确定单元，用于对所述至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能；
开发实现单元，用于基于所述至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块；
展示单元，用于响应于目标控制请求，展示所述至少一个功能模块的标识；
接收单元，用于接收根据所述至少一个功能模块的标识组合选取的一个或多个目标标识；
模块化控制单元，用于利用所述一个或多个目标标识各自对应的功能模块，响应目标控制指令。
在一种可能的实现方式中，所述至少一个控制功能包括操作界面、数据库和数据库应用、日志、报警、数据分析及可视化工具、状态监测、网络、定时服务、束流允许、联锁、安全、自动化流程、快速恢复、权限管理、工作模式、运行计划、数据存档与备份、数据显示与分析、可视化与后处理、边缘计算、云计算中的一种或多种。
在一种可能的实现方式中，所述底层用于实现可配置控制功能的硬件包括：用于实现可配置控制功能的板卡。
在一种可能的实现方式中，所述板卡包括底板、核心板、功能子卡和接口板；
所述核心板与所述底板可插拔连接；
所述功能子卡与所述底板可插拔连接；
所述接口板与所述底板可插拔连接。
第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被配置为运行所述计算机程序以执行上述任一项所述的模块化控制方法。
第四方面，提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被配置为运行时执行上述任一项所述的模块化控制方法。
借由上述技术方案，本申请实施例提供的模块化控制方法和系统、电子设备及存储介质，该方法可以收集对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息；分析对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息，确定至少一个控制功能；对至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能；基于至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块；响应于目标控制请求，展示至少一个功能模块的标识；接收根据至少一个功能模块的标识组合选取的一个或多个目标标识；利用一个或多个目标标识各自对应的功能模块，响应目标控制指令。可以看到，本实施例能够基于至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块，通过规范化、模块化、分层化、统一接口、统一数据管理、统一安全管理和统一测试规范，提高系统的可靠性、可维护性、可扩展性和可重用性，可以根据实际控制需求组合选取，满足完整的控制系统需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示出了本申请实施例提供的模块化控制方法的流程图；
图2示出了本申请实施例提供的模块化控制系统的结构图；
图3示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，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”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。
如前文介绍，目前需要针对各个工业控制项目开发相应的控制系统，开发效率低，且费时费力。为了解决这一技术问题，本申请实施例提供了一种模块化控制方法，如图1所示，该模块化控制方法可以包括以下步骤S101至S107：
步骤S101，收集对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息。
该步骤中，一个或多个待控系统可以是加速器系统、散裂靶系统、反应堆系统等等，此处仅仅是列举，并不对本实施例进行限制。
举例来说，对加速器系统进行控制的控制需求信息可以是控制粒子束流的束流强度维持在预设强度范围内；对散裂靶系统进行控制的控制需求信息可以是控制散裂靶温度维持在第一预设温度范围内；对反应堆系统进行控制的控制需求信息可以是控制反应堆温度维持在第二预设温度范围内，等等，本实施例不限于此。
步骤S102，分析对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息，确定至少一个控制功能。
该步骤中，确定的至少一个控制功能可以包括操作界面、数据库和数据库应用、日志、报警、数据分析及可视化工具、状态监测、网络、定时服务、束流允许、联锁、安全、自动化流程、快速恢复、权限管理、工作模式、运行计划、数据存档与备份、数据显示与分析、可视化与后处理、边缘计算、云计算中的一种或多种。这里的操作界面可以包含远程运维和信息集成等，状态监测可以是监测真空、温度、流量、BPM（Beam Position Monitoring，束流位置监测）、束损等等，本实施例对此不作限制。
步骤S103，对至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能。
该步骤中，具体可以结合至少一个控制功能中的各个控制功能，按照具体功能情况进行解耦，耦合度越低，模块之间的依赖程度就越低，模块的独立性、复用性和可移植性就越强。
步骤S104，基于至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块。
该步骤中，在开发实现至少一个功能模块的过程中，可以通过操作系统与底层的用于实现可配置控制功能的硬件进行交互，对硬件进行控制。
步骤S105，响应于目标控制请求，展示至少一个功能模块的标识。
该步骤中，至少一个功能模块的标识可以表示各个功能模块能够实现的功能，具体可以采用文字或图片等方式来表示。
步骤S106，接收根据至少一个功能模块的标识组合选取的一个或多个目标标识。
步骤S107，利用一个或多个目标标识各自对应的功能模块，响应目标控制指令。
本实施例能够基于至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块，通过规范化、模块化、分层化、统一接口、统一数据管理、统一安全管理和统一测试规范，提高系统的可靠性、可维护性、可扩展性和可重用性，可以根据实际控制需求组合选取，满足完整的控制系统需求。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，在上面步骤S103中对至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能，以控制功能为监测真空、温度、流量、BPM、束损中的监测真空为例，可以确定至少一个模块化功能为监测真空度的逻辑模块化功能、监测真空度的驱动模块化功能、监测阀门模块化功能。
又如，以控制功能为监测BPM为例，可以确定至少一个模块化功能为模数转换器模块化功能、数据分析的获取数据模块化功能、数据分析的滤波处理模块化功能、数据分析的差分求和模块化功能、数据传输模块化功能等。需要说明的是，这里的列举仅是示意性的，并不对本实施例进行限制。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，上面步骤S104提及的底层用于实现可配置控制功能的硬件，具体可以是用于实现可配置控制功能的板卡。板卡可以包括底板、核心板、功能子卡和接口板，具体地：
核心板与底板可插拔连接；
功能子卡与底板可插拔连接；
接口板与底板可插拔连接。
本实施例中，核心板能够运行操作系统，处理和存储数据，搭建软件算法等，并且软件算法可以实现模块化可配置功能。功能子卡主要为满足不同工业控制场景进行独立设计，同时满足工业控制系统当中的EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容）标准。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，底板可以包括核心板接口、子卡模块接口、通信接口以及电源模块；
核心板可以通过底板的核心板接口与底板可插拔连接；
功能子卡可以通过底板的子卡模块接口与底板可插拔连接；
接口板可以通过底板的通信接口与底板可插拔连接；
核心板和功能子卡通过底板的通信接口与外部设备通信；
底板的电源模块给核心板、功能子卡和接口板供电。
这里的外部设备可以是被控设备、边缘服务或者云端等，本实施例对此不作限制。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，核心板可以包括一个或多个，用于实现数据的分析、处理和控制。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，核心板可以包括底板接口、处理器、内存、同步串行通信接口（QSPI，Quad Serial Peripheral Interface）、存储器、以太网物理层（PHY，Physical Layer）以及USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口等，本实施例对此不作限制，具体地：
通过核心板的底板接口与底板的核心板接口连接，实现核心板与底板可插拔连接；
通过核心板的处理器、内存和存储器进行数据的分析处理和存储；
通过核心板的同步串行通信接口进行数据的传输；
通过核心板的以太网物理层和/或USB接口与外部设备通信。
这里的内存如DDR（Double Data Rate，双倍数据速率）内存，存储器如eMMC FLASH（嵌入式多媒体存储卡闪存）等，本实施例对此不作限制。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，功能子卡可以包括一个或多个，用于实现数据的采集。
本申请实施例中核心板和功能子卡均与底板可插拔连接，核心板可以根据当前控制应用场景进行不同性能更换，以达到资源利用最大化以及成本低的效果；功能子卡也可根据当前控制应用场景进行对应的需求设计，这样数字化控制系统的部件均可实现功能可配置，同时软件也进行模块化封装，保证在多种工业控制应用场景均能实现快速开发和稳定运行。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，接口板可以包括串口子卡和光纤输入输出卡。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，底板还可以包含相关外围接口（如通信接口、开关、指示灯等），同时具备与核心板相连接的高速连接器，以及与功能子卡相连的高速连接器。
核心板中包含相关功能，如DDR、PHY、eMMC芯片等，实现系统存储通信功能。这里，DDR SDRAM（双倍速率同步动态随机存储器），简称为DDR。
需要说明的是，底板当中的部分接口如通信接口、白兔子定时接口以及其他具备独立性接口均可以进行自主焊接，当功能在对应场景不使用时，可空置已达到节约成本的目的。
核心板当中集成了FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）和ARM（Advanced RISC Machines，先进的精简指令集处理器），不仅可以实现FPGA数字硬件逻辑，同时也可以搭载板载的系统，一般使用Linux系统，其进行相关IOC（Inversion ofControl，控制反转）的搭建并可以进行相应的软件算法，并且软件算法也已实现模块化可配置功能。
上述各实施例中，控制板卡不仅可以进行独立机箱安装，同时也可以进行机箱多片安装，适用于CPCI（CompactPCI，一种计算机总线接口标准）、VXI（VMEbus eXtension，一种基于VME总线技术的扩展总线标准）等工业控制机箱，实现组装与单装不同结构。
需要说明的是，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。实际应用中，上述所有可能的实施方式可以采用结合的方式任意组合，形成本申请的可能的实施例，在此不再一一赘述。
基于上文各个实施例提供的模块化控制方法，基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种模块化控制系统。
图2是本申请实施例提供的模块化控制系统的结构图。如图2所示，该模块化控制系统具体可以包括控制需求信息收集单元210、控制功能确定单元220、模块化功能确定单元230、开发实现单元240、展示单元250、接收单元260以及模块化控制单元270。
控制需求信息收集单元210，用于收集对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息；其中，所述一个或多个待控系统包括加速器系统、散裂靶系统、反应堆系统中的一个或多个；
控制功能确定单元220，用于分析所述对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息，确定至少一个控制功能；
模块化功能确定单元230，用于对所述至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能；
开发实现单元240，用于基于所述至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块；
展示单元250，用于响应于目标控制请求，展示所述至少一个功能模块的标识；
接收单元260，用于接收根据所述至少一个功能模块的标识组合选取的一个或多个目标标识；
模块化控制单元270，用于利用所述一个或多个目标标识各自对应的功能模块，响应目标控制指令。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，所述至少一个控制功能包括操作界面、数据库和数据库应用、日志、报警、数据分析及可视化工具、状态监测、网络、定时服务、束流允许、联锁、安全、自动化流程、快速恢复、权限管理、工作模式、运行计划、数据存档与备份、数据显示与分析、可视化与后处理、边缘计算、云计算中的一种或多种。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，所述底层用于实现可配置控制功能的硬件包括：用于实现可配置控制功能的板卡。
本申请实施例中提供了一种可能的实现方式，所述板卡包括底板、核心板、功能子卡和接口板；
所述核心板与所述底板可插拔连接；
所述功能子卡与所述底板可插拔连接；
所述接口板与所述底板可插拔连接。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任意一个实施例的模块化控制方法。
在示例性的实施例中，提供了一种电子设备，如图3所示，图3所示的电子设备300包括：处理器301和存储器303。其中，处理器301和存储器303相连，如通过总线302相连。可选地，电子设备300还可以包括收发器304。需要说明的是，实际应用中收发器304不限于一个，该电子设备300的结构并不构成对本申请实施例的限定。
处理器301可以是CPU（Central Processing Unit，中央处理器），通用处理器，DSP（Digital Signal Processor，数据信号处理器），ASIC（Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路），FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器301也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
总线302可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线302可以是PCI（Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准）总线或EISA（ExtendedIndustry Standard Architecture，扩展工业标准结构）总线等。总线302可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图3中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器303可以是ROM（Read Only Memory，只读存储器）或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM（Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器）、CD-ROM（Compact DiscRead Only Memory，只读光盘）或其他光盘存储、光碟存储（包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等）、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
存储器303用于存储执行本申请方案的计算机程序代码，并由处理器301来控制执行。处理器301用于执行存储器303中存储的计算机程序代码，以实现前述方法实施例所示的内容。
其中，电子设备包括但不限于：移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA（个人数字助理）、PAD（平板电脑）、PMP（便携式多媒体播放器）、车载终端（例如车载导航终端）等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图3示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述任意一个实施例的模块化控制方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述描述的系统、装置、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，为简洁起见，在此不另赘述。
本领域普通技术人员可以理解：本申请的技术方案本质上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介质中，其包括若干程序指令，用以使得一电子设备（例如个人计算机，服务器，或者网络设备等）在运行所述程序指令时执行本申请各实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，实现前述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件（诸如个人计算机，服务器，或者网络设备等的电子设备）来完成，所述程序指令可以存储于一计算机可读取存储介质中，当所述程序指令被电子设备的处理器执行时，所述电子设备执行本申请各实施例所述方法的全部或部分步骤。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本申请的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种模块化控制方法，其特征在于，包括：
收集对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息；其中，所述一个或多个待控系统包括加速器系统、散裂靶系统、反应堆系统中的一个或多个；
分析所述对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息，确定至少一个控制功能；
对所述至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能；
基于所述至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块；
响应于目标控制请求，展示所述至少一个功能模块的标识；
接收根据所述至少一个功能模块的标识组合选取的一个或多个目标标识；
利用所述一个或多个目标标识各自对应的功能模块，响应目标控制指令。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个控制功能包括操作界面、数据库和数据库应用、日志、报警、数据分析及可视化工具、状态监测、网络、定时服务、束流允许、联锁、安全、自动化流程、快速恢复、权限管理、工作模式、运行计划、数据存档与备份、数据显示与分析、可视化与后处理、边缘计算、云计算中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底层用于实现可配置控制功能的硬件包括：用于实现可配置控制功能的板卡。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述板卡包括底板、核心板、功能子卡和接口板；
所述核心板与所述底板可插拔连接；
所述功能子卡与所述底板可插拔连接；
所述接口板与所述底板可插拔连接。
5.一种模块化控制系统，其特征在于，包括：
控制需求信息收集单元，用于收集对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息；其中，所述一个或多个待控系统包括加速器系统、散裂靶系统、反应堆系统中的一个或多个；
控制功能确定单元，用于分析所述对一个或多个待控系统进行控制的控制需求信息，确定至少一个控制功能；
模块化功能确定单元，用于对所述至少一个控制功能进行解耦，确定至少一个模块化功能；
开发实现单元，用于基于所述至少一个模块化功能和底层用于实现可配置控制功能的硬件，开发实现至少一个功能模块；
展示单元，用于响应于目标控制请求，展示所述至少一个功能模块的标识；
接收单元，用于接收根据所述至少一个功能模块的标识组合选取的一个或多个目标标识；
模块化控制单元，用于利用所述一个或多个目标标识各自对应的功能模块，响应目标控制指令。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制功能包括操作界面、数据库和数据库应用、日志、报警、数据分析及可视化工具、状态监测、网络、定时服务、束流允许、联锁、安全、自动化流程、快速恢复、权限管理、工作模式、运行计划、数据存档与备份、数据显示与分析、可视化与后处理、边缘计算、云计算中的一种或多种。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被配置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至4中任一项所述的模块化控制方法。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被配置为运行时执行权利要求1至4中任一项所述的模块化控制方法。
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