DE102005005760A1 - Method for regulation of heating system, involves use of burning duration, pause duration and efficiency consisting of burning duration and pause duration for generation of guide value for regulation - Google Patents

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Abstract

The method involves use of the burning duration, pause duration and efficiency consisting of burning duration and pause duration for the generation of the guide value for the regulation. The adjustment value is used for the burner with multistage or modulating operation for generation of the guide value.

Description

Heizungsanlagen werden je nach Wärmebedarf mit unterschiedlichen Vorlauftemperaturen betrieben. Bekannt sind Regelungen geführt von Außentemperaturfühlern oder von Temperaturfühlern in Referenzräumen. Ein Verfahren ohne Außentemperaturfühler wird in der Patentschrift EP 0260 343 beschrieben; hier stammt der Wert der Außentemperatur aus Tabellen, die dem Kalendertag eine charakteristische Außentemperatur je nach Klimazone zuordnet. Bekannt sind auch Lösungen die notwendige Vorlauftemperatur festzulegen mit Fuzzy-Regelung mit vielen Parametern wie beispielsweise gestriger Bedarf, Monat und Uhrzeit. Auch wird versucht den Heizbedarf durch Messung der Rücklauftemperatur zu erfassen.Heating systems are operated with different flow temperatures depending on the heat requirement. Regulations are known led by outdoor temperature sensors or temperature sensors in reference rooms. A method without outside temperature sensor is described in the patent EP 0260 343 described; Here, the value of the outside temperature comes from tables that assign the calendar day a characteristic outside temperature depending on the climatic zone. Solutions are also known to set the necessary flow temperature with fuzzy control with many parameters such as yesterday's demand, month and time. It is also trying to detect the heating demand by measuring the return temperature.

Diese Verfahren haben den Nachteil, dass der tatsächliche Wärmebedarf nur unzureichend berücksichtigt wird. Einflüsse wie solare Gewinne, große Wärmeisolation, Wind, Heizen nach Lüftung der Räume, Zusatzheizung durch Kaminofen und nichtlineare Heizleistung der Heizkörper werden nicht erfasst und bedingen zu niedrige oder meistens zu hohe Vorlauftemperaturen.These Procedures have the disadvantage that the actual heat requirement is insufficient considered becomes. influences like solar profits, big ones Thermal insulation, Wind, heating after ventilation the rooms, Additional heating by stove and non-linear heating power of radiator are not recorded and cause too low or usually too high Flow temperatures.

Diese Probleme werden durch die im Patentanspruch angegebene Regelung gelöst. Die erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass kein Außentemperaturfühler oder Referenzraumfühler notwendig ist und dem entsprechend kein Zeitaufwand und keine Kosten für Einstellung dieser Steuerungselemente anfallen. Da nach Wärmebedarf geregelt wird, arbeitet die Heizungspumpe nie gegen geschlossene Thermostatventile und Strömungsgeräusche werden somit vermieden. Energieeinsparung und Senkung der Schadstoffe wird durch optimale Vorlauftemperatur und Senkung der Einschalthäufigkeit erreicht.These Problems are caused by the regulation specified in the claim solved. The advantages achieved are in particular that no outside temperature sensor or Reference room sensor necessary is and accordingly no time and no cost of hiring incurred these controls. As is regulated according to heat demand works never turn the heating pump against closed thermostatic valves and flow noises thus avoided. Energy saving and lowering of pollutants will be due to optimal flow temperature and reduction of the switch-on frequency reached.

Bei einstufigem Brenner gilt: Leistung = Nennleistung × Brenndauer/(Brenndauer + Pausendauer) For single-stage burners: Power = rated power × burning time / (burning time + pause duration)

Ein Heizkessel oder eine Heiztherme muss bei richtiger Auswahl bei hohem Wärmebedarf ständig laufen. Dieser hohe Wärmebedarf wird durch eine hohe Vorlauftemperatur abgedeckt. Entsprechend ist die Vorlauftemperatur niedriger bei geringerem Wärmebedarf.One The boiler or a heating boiler must be at the right choice at high heat demand constantly to run. This high heat requirement is covered by a high flow temperature. Accordingly, the Flow temperature lower with lower heat requirement.

Dieser Zusammenhang zwischen Brenndauer und Vorlauftemperatur wird nach Anspruch 1 zur Bildung einer Führungsgröße für die Regelung der Vorlauftemperatur genutzt. Ein von der Regelung vorgegebener Sollwert der Vorlauftemperatur wird nach Einschalten des Brenners je nach Wärmebedarf nach unterschiedlicher Brenndauer erreicht und damit liegt ein Istwert der Brenndauer vor. Entsprechend dem Sollwert der Vorlauftemperatur ist ein Sollwert der Brenndauer vorgegeben. Die Soll-Ist-Differenz der Brenndauer ist ein Maß für die Führungsgröße, also für Erhöhung oder Senkung des Sollwerts der Vorlauftemperatur. Die relative Brenndauer oder der Nutzungsgrad bezieht Brenndauer und Pausendauer entsprechend obiger Formel ein (Anspruch 3).This Relationship between burning time and flow temperature decreases Claim 1 for forming a reference variable for the scheme used the flow temperature. One specified by the regulation Setpoint of the flow temperature becomes after switching on the burner depending on the heat requirement reached after different burning time and thus is an actual value the burning time before. According to the setpoint of the flow temperature a setpoint of the burning time is specified. The target-actual difference the burning time is a measure of the reference variable, ie for increase or Lowering the setpoint value of the flow temperature. The relative burning time or the degree of utilization relates to the duration of the burn and the duration of the pause above formula (claim 3).

Die Parameter einer Regelstrecke bestehend aus Heizkessel, Heizkörpern und weiteren Teilen ändern sich während des Heizbetriebs der Anlage, deshalb kann es sinnvoll sein, Brenndauer und Pausendauer gemeinsam für die Führungsregelung zu nutzen. Nutzungsgrad = Brenndauer/(Brenndauer + Pausendauer) The parameters of a controlled system consisting of boilers, radiators and other parts change during heating operation of the system, so it may be useful to use the burn time and pause duration together for the closed-loop control. Degree of utilization = burning time / (burning time + pause duration)

Der Nutzungsgrad berücksichtigt im Vergleich mit Anspruch 1 nicht nur die Brenndauer sondern auch die Pause zwischen zwei Einschaltungen für die Bildung des Istwertes der Führungsregelung. Entsprechend wird der Sollwert der Führungsregelung als Nutzungsgrad je nach Höhe des Sollwertes der Vorlauftemperatur vorgegeben.Of the Degree of utilization taken into account in comparison with claim 1, not only the burning time but also the pause between two starts for the formation of the actual value the leadership regulation. Corresponding becomes the command value of the command control as degree of utilization depending on the amount the setpoint of the flow temperature.

Die Soll-Ist-Differenz des Nutzungsgrades ist ein Maß für die Führungsgröße, also für Erhöhung oder Senkung des Sollwerts der Vorlauftemperatur oder Kesseltemperatur. Nach Anspruch 6 werden zweckmäßig die Führungsgrößen der vergangenen Brennzyklen berücksichtigt, um ein stabiles Regelverhalten zu erreichen. Möglich ist eine Mittelwertbildung z. B. der letzten 10 Führungsgrößen oder gleitende Mittelwertbildung nach der Anweisung: Führungswert = (Führungswert × 10 + neuer Führungswert)/11 The target / actual difference of the degree of utilization is a measure of the reference variable, ie for increasing or decreasing the setpoint value of the flow temperature or boiler temperature. According to claim 6, the reference variables of the past firing cycles are expediently taken into account in order to achieve a stable control behavior. Possible is an averaging z. For example, the last 10 leaders or moving averages after the statement: Leadership Value = (Leadership × 10 + New Leadership Value) / 11

Der Führungswert kann unmittelbar oder angepasst als Temperatur-Sollwert benutzt werden und wird jeweils nach einem Steuerungsereignis (Ein- oder Ausschalten des Brenners) oder nach Zeittakt gebildet (Anspruch 7).Of the reference value can be used directly or adjusted as temperature setpoint are and will each after a control event (On or Turning off the burner) or formed by time clock (claim 7).

Nach dem Einschalten ist der Nutzungsgrad Null, weil die Einschaltzeit Null beträgt. Dieser zeitliche Nutzungsgrad steigt entsprechend der Einschaltdauer und der vorausgegangenen Pausendauer. Mit Zeittakt wird ein gleitender Mittelwert gebildet. Hierbei ist zweckmäßig jeweils der doppelte Wert (Anspruch 8) einzuspeisen, um die anfänglichen niedrigen Werte auszugleichen zum Beispiel mit der Anweisung: Mittelwert = Mittelwert – Mittelwert/100 + Neuwert + Neuwert After switching on, the utilization level is zero because the switch-on time is zero. This temporal utilization increases according to the duty cycle and the previous pause duration. With time clock, a moving average is formed. In this case, it is expedient to feed in each case twice the value (claim 8) in order to obtain the initial lower value balancing values, for example with the instruction: Mean = mean - mean / 100 + replacement + replacement

Der Mittelwert liegt in diesem Beispiel als 100-facher Wert vor und wird also anfänglich gesenkt. Wenn die Vorlauftemperatur schnell ansteigt und dadurch abgeschaltet wird, ist nun der geringere Bedarf bereits erfasst. Andernfalls wird, nachdem der Neuwert den Mittelwert erreicht hat, nicht mehr der doppelte sondern ein niedrigerer Wert (vorzugsweise der einfache Neuwert) für die Mittelwertbildung benutzt. Nach dem Abschalten ist der neue Pausenwert Null. Zusammen mit der erreichten Einschaltdauer wird weiterhin der zeitliche Nutzungsgrad berechnet und auch weiterhin zur Mittelwertbildung benutzt. Grundlage ist der Nutzungsgrad beim Abschalten, beim Einschalten oder der Mittelwert. Dieses Verfahren hat den Vorteil das bei kurzer Pause der erhöhte Bedarf und bei langer Pause der geringere Bedarf erfasst ist. Auch während der Pause wird der doppelte Neuwert eingespeist, jedoch nur solange bis der Neuwert auf den Wert des letzten Nutzungsgrades zum Zeitpunkt des Einschaltens oder des Abschaltens gefallen ist. Anschließend wird der letzte Nutzungsgrad beim Abschalten oder der beim Einschalten oder der Mittelwert zur Bildung des Neuwerts benutzt. Das Verfahren bildet einen Istwert des Nutzungsgrades, kann zu einem Temperaturwert umgeformt werden und als Führungswert für die Regelung der Vorlauftemperatur genutzt werden.Of the Mean value is in this example as 100 times value and will be initially lowered. When the flow temperature rises quickly and thereby is switched off, the lower demand is already recorded. Otherwise, after the new value has reached the mean, no longer double but a lower value (preferably the simple replacement value) for the averaging is used. After switching off is the new one Pause value zero. Together with the achieved duty cycle is continue to calculate the temporal efficiency and continue used for averaging. The basis is the degree of utilization in the Shut down, at power up or the average. This method has the advantage that in a short break the increased need and a long break the lower demand is recorded. Even during the break, the double new value fed, but only until the new value on the value of last utilization at the time of switching on or off has fallen. Subsequently will be the last usage at shutdown or at power up or the mean used to form the new value. The procedure forms an actual value of the degree of utilization, can become a temperature value be transformed and as a guide value for the Control of the flow temperature can be used.

Eine einfache Möglichkeit zur Bildung des Führungswertes besteht darin, dass der Zusammenhang zwischen Brenndauer oder Nutzungsgrad und Temperaturwert ähnlich wie bei der herkömmlichen Führung durch die Außentemperatur durch eine Tabelle oder durch eine Formel hergestellt wird. Temperaturwert = Grundwert + Nutzungsgrad × Steilheit A simple way to form the leader value is that the relationship between burning time or degree of utilization and temperature value is similar to the conventional guidance of the outside temperature by a table or by a formula. Temperature value = basic value + degree of utilization × steepness

Auf diese Weise wird dem Istwert des Nutzungsgrades ein Temperaturwert zugeordnet. Sollwert ist der bisherige Mittelwert der erwähnten Mittelwertbildung. Durch erneute Mittelwertbildung wird die Soll-Ist-Abweichung verarbeitet. Der Mittelwert ist der Führungswert der Regelung der Vorlauftemperatur.On In this way, the actual value of the degree of utilization becomes a temperature value assigned. Setpoint is the previous average of the mentioned averaging. By re-averaging the target-actual deviation is processed. The mean is the leader value the regulation of the flow temperature.

Bei dem Verfahren den Istwert des Nutzungsgrades durch Zeittakt zu bilden, ist es zweckmäßig die Herstellung des Führungswertes in zwei Teile aufzuteilen. Im ersten Teil wird aus dem Istwert des Nutzungsgrades ein eigener Mittelwert gebildet, der in einen Temperaturwert umgesetzt wird. Im zweiten Teil wird dieser Temperatur-Mittelwert zur Herstellung des Führungswertes wie beschrieben genutzt.at to make the process the actual value of the degree of utilization by time cycle, it is appropriate the Production of the management value split into two parts. In the first part, the actual value of the Degree of use formed a separate average, which in a temperature value is implemented. In the second part, this temperature average for the production of the management value used as described.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 kann die Vorlauftemperatur mit Hilfe des Führungswertes selbstabgleichend nach Heizleistung des Kessels oder Heizbedarf angepasst werden, indem die Anzahl der Erhöhungen und Absenkungen des Führungswertes benutzt werden, um den festen Zusammenhang zwischen Wärmebedarf und Vorlauftemperatur durch einen Faktor oder Änderung von Grundwert und Steilheit der Temperaturformel anzupassen. Des Weiteren kann die Rücklauftemperatur (Anspruch 13) zur Anpassung genutzt werden. Beispielsweise können bei zu geringer Differenz zur Vorlauftemperatur Grundwert oder Steilheit selbstabgleichend angepasst werden.In a further embodiment of the invention according to claim 9 the flow temperature self-balancing with the help of the guide value Heating capacity of the boiler or heating demand to be adjusted by the number of increases and Lowering the management value be used to the fixed connection between heat demand and flow temperature by a factor or change in basic value and slope to adapt to the temperature formula. Furthermore, the return temperature (Claim 13) are used for adaptation. For example, at too low a difference to the flow temperature base value or slope self-adjusting.

Des Weiteren kann nach Anspruch 10 eine Pausendauer bei Unterschreitung eines Sollwertes vorgegeben werden vorzugsweise bei dem geringen Heizbedarf am Anfang und Ende der Heizperiode und beispielsweise auch mit Pumpenabschaltung.Of Furthermore, according to claim 10, a pause duration when falling below a setpoint are preferably given at the low heating demand at the beginning and end of the heating season and, for example, with pump shutdown.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 kann auch die Länge der Pausenzeit als Sollwert entsprechend dem Heizbedarf vorgegeben und die Differenz zum Istwert der Pausenzeit als Führungswert herangezogen werden. Der Einschaltpunkt kann abhängig von der Pausenzeit nach Anspruch 11 verändert werden und so eine niedrigere Schalthäufigkeit erreicht werden. Da auf diese Weise der Einschaltpunkt temperaturabhängig bleibt, hat weiterhin ein höherer Heizbedarf Vorrang.In Another embodiment of the invention according to claim 2, the Length of Pause time specified as setpoint according to the heating demand and the difference to the actual value of the break time can be used as a guide value. The switch-on point may be dependent be changed from the break time according to claim 11 and so a lower switching frequency be achieved. Since in this way the switch-on point remains temperature-dependent, still has a higher one Heating demand priority.

Bei modulierendem Brenner wird nach Anspruch 4 der Erfindung der Stellwert für die Leistung des Brenners als Istwert der Führungsregelung benutzt. Der Sollwert der Vorlauftemperatur gibt den Sollwert des Stellwertes für den Führungsregler. Die Soll-Ist-Differenz des Stellwertes ist ein Maß für die Führungsgröße, also für Erhöhung oder Senkung des Sollwerts der Vorlauftemperatur. Bei Abweichung wird der Sollwert der Vorlauftemperatur erhöht bzw. gesenkt. Vorzugsweise wird auch hier das Mittelwertverfahren für eine stabile Regelung angewandt und im Zeittakt die Messwerte nach Ansprüchen 7 und 8 ausgewertet. Dabei kann der Neuwert entsprechend dem Modulationsgrad gewichtet werden. Nach Anspruch 5 kann als Istwert für den Führungsregler anstelle des Stellwertes z.B. auch die Drehzahl des Brennergebläses genutzt werden.at modulating burner is the control value according to claim 4 of the invention for the Output of the burner used as actual value of the command control. Of the Setpoint of the flow temperature gives the setpoint of the control value for the Master controller. The target-actual difference of the manipulated variable is a measure of the reference variable, ie for increase or Lowering the setpoint value of the flow temperature. In case of deviation the setpoint of the flow temperature is increased or decreased. Preferably Again, the mean value method is used for a stable control and evaluated in time the measured values according to claims 7 and 8. there the new value can be weighted according to the degree of modulation. According to claim 5 can be used as the actual value for the master controller instead of the control value e.g. also the speed of the burner fan can be used.

Unterhalb eines Grenzwertes von 20 bis 30% findet kein Modulationsbetrieb statt. In diesem Bereich wird die Regelung nach Anspruch 1, 2 oder 3 betrieben.Below a limit value of 20 to 30% finds no modulation operation instead of. In this area, the scheme of claim 1, 2 or 3 operated.

Der Zusammenhang zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur kann nach Anspruch 13 zur Erlangung einer stabilen oder schnelleren Regelung genutzt werden, indem abhängig von der Rücklauftemperatur zum Beispiel Ober- und Untergrenzen für den Sollwert der Vorlauftemperatur oder für den Führungswert vorgegeben werden.The relationship between flow and return temperature can be used to obtain a stable or faster control according to claim 13, by depending on the return temperature, for example, upper and lower limits for the setpoint value of the flow temperature or for the reference value can be specified.

Starke Abweichung des Nutzungsgrades beim letzten Abschalten vom Mittelwert bedeutet plötzlich hoher Heizbedarf beispielsweise durch Öffnen eines Thermostatventils. Diese Abweichung kann zur Bildung eines P-Anteils verwendet werden.Strength Deviation of the degree of utilization at the last switch off from the mean value means suddenly high heating demand, for example by opening a thermostatic valve. This deviation can be used to form a P component.

Schnelles Abfallen der Vorlauftemperatur bewirkt eine kurze Pausenzeit und damit einen hohen Nutzungsgrad beim Einschalten. Dies kann zur Bildung eines D-Anteils verwendet werden. Aus der Differenz zwischen dem Nutzungsgrad beim Einschalten oder beim Ausschalten und dem letzten Nutzungsgrad vom Einschalten oder Abschalten kann der D-Anteil der Regelung gebildet werden.fast Falling of the flow temperature causes a short pause time and thus a high degree of utilization when switching on. This can lead to education a D-portion can be used. From the difference between the Degree of utilization when switching on or off and the last Degree of utilization from switching on or off can be the D-part of the scheme be formed.

Im Mittel sind die Thermostatventile der Heizkörper aller Räume halb offen. Von diesem Mittel kann der einzelne Raum abweichen und doppelte Energie erhalten, z.B. wenn ein kalter Raum aufgeheizt werden soll. In diesem Fall kann sogar die Vorlauftemperatur durch die längere Brenndauer vorübergehend erhöht werden.in the Means are thermostatic valves of radiators of all rooms half open. By this means, the single room can deviate and double energy obtained, e.g. when a cold room is to be heated. In this Fall can even increase the flow temperature due to the longer burning time temporarily elevated become.

Auf diese Weise wird auch das Heizungswasser der gesamten Anlage als Puffer genutzt. Das führt zu längeren Einschaltzeiten und zu geringerer Schalthäufigkeit. Nach Anspruch 11 kann zur weiteren Verringerung der Schalthäufigkeit selbstabgleichend die Ein-Aus-Schaltdifferenz angepasst werden, indem für Brenndauer und Pausendauer gesamt z.B. 15 Minuten vorgegeben wird und bei Abweichung die Schaltdifferenz zweckmäßig auch mit Hilfe einer Mittelwertbildung erhöht oder gesenkt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass nach Anspruch 12 der Einschaltwert oder der Ausschaltwert je nach Pausendauer oder Brenndauer und Pausendauer erhöht oder gesenkt wird.On This way is also the heating water of the entire system as Buffer used. Leading to longer Switch-on times and lower switching frequency. According to claim 11 can self-balancing to further reduce the switching frequency the on-off switching differential can be adjusted by for burning time and pause duration total e.g. 15 minutes is given and in case of deviation the switching difference appropriate also is increased or decreased by averaging. A another possibility is that according to claim 12, the switch-on or the Switch-off value depending on the pause duration or burning time and pause duration elevated or lowered.

Claims (13)

Regelung einer Heizungsanlage gekennzeichnet dadurch, dass die Brenndauer für die Bildung des Führungswertes für die Regelung benutzt wird.Control of a heating system marked in that the burning time for the formation of leadership value for the Regulation is used. Regelung einer Heizungsanlage gekennzeichnet dadurch, dass die Pausendauer für die Bildung des Führungswertes für die Regelung benutzt wird.Regulation of a heating system characterized by that the pause duration for the formation of leadership value for the Regulation is used. Regelung einer Heizungsanlage gekennzeichnet dadurch, dass der Nutzungsgrad bestehend aus Brenndauer und Pausendauer für die Bildung des Führungswertes für die Regelung benutzt wird.Regulation of a heating system characterized by that the degree of utilization consists of burning time and duration of education of leadership value for the Regulation is used. Regelung einer Heizungsanlage gekennzeichnet dadurch, dass der Stellwert für den Brenner bei mehrstufigem oder bei modulierendem Betrieb für die Bildung des Führungswertes für die Regelung benutzt wird.Regulation of a heating system characterized by that the control value for the burner in multi-stage or modulating operation for the education of leadership value for the Regulation is used. Regelung einer Heizungsanlage gekennzeichnet dadurch, dass ein vom Stellwert für den Brenner abhängiges Signal für die Bildung des Führungswertes für die Regelung benutzt wird.Regulation of a heating system characterized by that one from the control value for dependent on the burner Signal for the formation of leadership value for the Regulation is used. Anspruch nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Führungswert aus mehreren Werten gebildet wird.Claim according to 1 to 5, characterized in that the leader value is formed of several values. Anspruch nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Führungswert jeweils nach einem Steuerungsereignis oder nach Zeittakt gebildet wird.Claim according to 1 to 5, characterized in that the leader value each formed after a control event or by time clock becomes. Anspruch nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert im Zeittakt zeitweilig mit mehrfachem Neuwert oder gewichtetem Neuwert gebildet wird.Claim according to 1 to 5, characterized in that the mean value in the time interval temporarily with multiple new value or weighted new value is formed. Anspruch nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Führungswert selbstabgleichend nach Heizleistung und/oder nach Heizbedarf ist.Claim according to 1 to 5, characterized in that the leader value self-balancing according to heating capacity and / or heating demand. Anspruch nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Pausendauer bei Unterschreitung eines Sollwertes vorgegeben wird.Claim according to 1 to 5, characterized in that specified a pause duration when falling below a setpoint becomes. Anspruch nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung pausenabhängig und/oder selbstabgleichend die Ein-Aus-Schaltdifferenz bildet.Claim according to 1 to 5, characterized in that the regulation is pause-dependent and / or self-balancing forms the on-off switching difference. Anspruch nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert oder Führungswert abhängig von der Pausendauer oder der Summe von Brenndauer und Pausendauer stetig oder in Stufen verändert wird.Claim according to 1 to 5, characterized in that the setpoint or command value depending on the pause duration or the sum of burning time and pause duration steadily or changed in stages becomes. Anspruch nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet , dass Sollwert, Führungswert, Grundwert und/oder Steilheit abhängig von der Rücklauftemperatur stetig oder in Stufen verändert wird.Claim according to 1 to 5, characterized in that Setpoint, guide value, Base value and / or slope dependent from the return temperature changed continuously or in stages becomes.
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