CN110780111B - 一种电流型模拟量输出模块及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电流型模拟量输出模块及其控制方法，适用于包括有输出端并接的多个输出通道及电流检测电路的电流型模拟量输出模块，电流检测电路耦合于多个输出通道并接后的合路，用于检测合路中的输出电流；该控制方法包括：获取电流检测电路发送的电流检测值；根据电流检测值和主用输出通道的目标电流输出值判断是否存在故障，主用输出通道为当前唯一处于工作状态的输出通道；若存在故障，则将主用输出通道更新为备用输出通道并关闭，从其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作。本申请不仅能及时检测故障问题，而且可选择备用输出通道替换当前的主用输出通道继续进行电流输出，实现故障容错，进而有效提高产品的安全性和可用性。

Description

一种电流型模拟量输出模块及其控制方法

技术领域

本申请涉及电力检测技术领域，特别涉及一种电流型模拟量输出模块及其控制方法。

背景技术

在电力电子设计应用中，电流型输出模块是一种可根据设定值而输出对应大小电流的模块，在安全仪表***中具有重要应用。但是，现有技术中的电流型输出模块通常安全性不足，在其电流输出通道故障后并没有对应的解决方案或者备用方案，以致产品在现场将无法继续使用。鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电流型模拟量输出模块及其控制方法，以便提高产品的故障容错能力，进而有效提高产品的安全性和可用性。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请公开了一种电流型模拟量输出模块的控制方法，所述电流型模拟量输出模块包括输出端并接的多个输出通道和电流检测电路，所述电流检测电路耦合于多个所述输出通道并接后的合路，用于检测所述合路中的输出电流；所述输出控制方法包括：

获取所述电流检测电路发送的电流检测值；

根据所述电流检测值和主用输出通道的目标电流输出值判断是否存在故障，所述主用输出通道为当前唯一处于工作状态的输出通道，其中，判断是否存在故障的过程为所述电流检测电路将所述电流检测值发送至多个所述输出通道除所述主用输出通道之外的其余输出通道的控制单元，所述其余输出通道均判断所述电流检测值是否与所述主用输出通道的所述目标电流输出值一致，当超过预设数量或者预设比例的输出通道均判断存在所述故障后，则认定发生所述故障；

若存在故障，则将所述主用输出通道更新为备用输出通道并关闭，从所述其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作。

可选地，所述从所述其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作，包括：

依据与其余各个输出通道的预设延时时长对应的次序确定更新后的主用输出通道。

可选地，在所述从所述其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作之后，还包括：

更新获取所述电流检测电路发送的电流检测值并再次判断是否存在故障；

若不存在故障，则判定原主用输出通道存在故障；

若再次存在故障，则判断更新后的所述电流检测值是否为零；若为零，则判定所述合路存在断线故障；若不为零，则判定所述电流检测电路存在诊断故障。

第二方面，本申请公开了一种电流型模拟量输出模块，包括多个输出端并接的输出通道和电流检测电路；

所述电流检测电路耦合于多个所述输出通道并接后的合路，用于检测所述合路中的输出电流，并将电流检测值分别发送至各个所述输出通道的控制单元；

所述控制单元用于根据所述电流检测值和主用输出通道的目标电流输出值判断是否存在故障，所述主用输出通道为当前唯一处于工作状态的输出通道，其中，判断是否存在故障的过程为所述电流检测电路将所述电流检测值发送至多个所述输出通道除所述主用输出通道之外的其余输出通道的控制单元，所述其余输出通道均判断所述电流检测值是否与所述主用输出通道的所述目标电流输出值一致，当超过预设数量或者预设比例的输出通道均判断存在所述故障后，则认定发生所述故障；若存在故障，则将所述主用输出通道更新为备用输出通道并关闭，从所述其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作。

可选地，各个所述输出通道均分别包括：

用于传输所述目标电流输出值的MCU；

与所述MCU的输出端连接的所述控制单元，用于根据所述目标电流输出值生成并输出对应的数字信号；

与所述控制单元的输出端连接的DAC，用于对所述数字信号进行DA转换以生成模拟电压信号；

与所述DAC的输出端连接的电压转电流电路，用于输出与所述模拟电压信号对应的所述输出电流。

可选地，所述电流检测电路包括：

串接在所述合路中的检测电阻；

并接在所述检测电阻两端的检测芯片，用于检测所述检测电阻的两端电压；

与所述检测芯片的输出端连接的ADC；

与所述ADC的输出端连接的诊断单元，用于控制所述ADC对所述两端电压进行AD转换以生成数字电压信号，并将基于所述数字电压信号确定的所述电流检测值发送至各个所述输出通道的控制单元。

可选地，所述电流检测电路还包括：

设置在所述检测芯片与所述ADC之间，用于进行信号调理的运算放大器。

可选地，所述控制单元和所述诊断单元均为FPGA。

可选地，所述控制单元具体用于：

在根据所述电流检测值和所述主用输出通道的所述目标电流输出值判定存在故障后，依据预设延时时长竞争申请作为更新后的主用输出通道。

可选地，所述控制单元具体用于：

在所述更新后的主用输出通道启动工作之后，更新获取所述电流检测电路发送的电流检测值并再次判断是否存在故障；若不存在故障，则判定原主用输出通道存在故障；若再次存在故障，则判断更新后的所述电流检测值是否为零；若为零，则判定所述合路存在断线故障；若不为零，则判定所述电流检测电路存在诊断故障。

本申请所提供的电流型模拟量输出模块的控制方法，适用于包括有输出端并接的多个输出通道及电流检测电路的电流型模拟量输出模块，电流检测电路耦合于多个输出通道并接后的合路，用于检测合路中的输出电流；该控制方法包括：获取电流检测电路发送的电流检测值；根据电流检测值和主用输出通道的目标电流输出值判断是否存在故障，主用输出通道为当前唯一处于工作状态的输出通道；若存在故障，则将主用输出通道更新为备用输出通道并关闭，从其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作。

可见，本申请不仅能够及时检测出***的故障问题，而且，在故障发生后，本申请可选择其它备用输出通道替换当前工作的主用输出通道继续进行电流输出，有效实现了故障容错，进而有效提高产品的安全性和可用性。本申请所提供的电流型模拟量输出模块同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例公开的一种电流型模拟量输出模块的控制方法的流程图；

图2为本申请实施例公开的一种电流型模拟量输出模块的结构框图；

图3为本申请实施例公开的一种电流型模拟量输出模块的电路结构图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种电流型模拟量输出模块及其控制方法，以便提高产品的故障容错能力，进而有效提高产品的安全性和可用性。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

电流型输出模块是一种可根据设定值而输出对应大小电流的模块，在安全仪表***中具有重要应用。当前，现有技术中的电流型输出模块通常安全性不足，在其电流输出通道故障后并没有对应的解决方案或者备用方案，以致产品在现场将无法继续使用。鉴于此，本申请提供了一种电流型模拟量输出模块及其控制方法，可有效解决上述问题。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种电流型模拟量输出模块的控制方法，电流型模拟量输出模块包括输出端并接的多个输出通道和电流检测电路，电流检测电路耦合于多个输出通道并接后的合路，用于检测合路中的输出电流；输出控制方法包括：

S101：获取电流检测电路发送的电流检测值。

S102：根据电流检测值和主用输出通道的目标电流输出值判断是否存在故障；若是，则进入S103。

其中，主用输出通道为当前唯一处于工作状态的输出通道。

S103：将主用输出通道更新为备用输出通道并关闭，从其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作。

需要指出的是，本申请实施例中，具体对电流型模拟量输出模块进行了输出通道冗余设计，亦即，本申请所公开的电流型模拟量输出模块的控制方法适用于具有多个输出通道的电流型模拟量输出模块。

每个输出通道均可以依据设定值即目标电流输出值进行电流输出，彼此间的电流输出工作相互独立。多个输出通道相互之间为替代关系，彼此的输出端相互并联，同一时刻最多仅有其中一路输出通道处于工作状态，该路处于工作状态的输出通道即为主用输出通道。

多输出通道的电流型模拟量输出模块在接收到电流输出指令后，主用输出通道启动工作，而其余输出通道，即备用输出通道，将继续均处于关闭的备用状态，主用输出通道的输出电流即为合路上的输出电流。但是，各个输出通道，包括主用输出通道和备用输出通道，所设置的目标电流输出值均相同，均取决于电流输出指令。

为了实现故障容错，该多输出通道的电流型模拟量输出模块同时还设置了电流检测电路，以便通过检测合路中的输出电流来进行故障检测。需要说明的是，本申请中电流检测电路具备与各个输出通道分别进行通信的功能，电流检测电路中的诊断单元可将电流检测值发送至各个输出通道中的控制单元，进而可由各个输出通道中的控制单元调用本申请所公开的控制方法，实现电流型模拟量输出模块的故障容错。

具体地，在获取到电流检测电路发送的电流检测值后，即可将该电流检测值与当前主用输出通道的目标电流输出值进行比较。理想无故障情况下，电流检测值应当与目标电流输出值一致，由此可作为故障检测的依据。

优选地，为了提高故障检测处理的正确率，除了当前的主用输出通道，其余每个输出通道均可对该主用输出通道的电路输出状态进行判断。电流检测电路可具体将电流检测值发送至各个输出通道的控制单元，每路输出通道均可判断电流检测值是否与主用输出通道的目标电流输出值一致。当超过预设数量或者预设比例（如半数）的输出通道均判定存在故障后，则可认定***发生了故障。当然，各个输出通道的控制单元相互之间可通过通信共享彼此的判断结果。

当发现存在故障后，便可利用冗余设计的多路输出通道，来替换原主用输出通道进行电流输出。择一选择的备用输出通道变为主用输出通道可称为“升主”过程，原主用输出通道变为备用输出通道可称为“降备”过程。

容易理解的是，当确认***存在故障之后，可进一步及时将故障信息上报至管理员处，以便管理员及时进行故障善后等处理。

本申请实施例所提供的电流型模拟量输出模块的控制方法，适用于包括有输出端并接的多个输出通道及电流检测电路的电流型模拟量输出模块，电流检测电路耦合于多个输出通道并接后的合路，用于检测合路中的输出电流；该控制方法包括：获取电流检测电路发送的电流检测值；根据电流检测值和主用输出通道的目标电流输出值判断是否存在故障，主用输出通道为当前唯一处于工作状态的输出通道；若存在故障，则将主用输出通道更新为备用输出通道并关闭，从其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作。可见，本申请不仅能够及时检测出***的故障问题，而且，在故障发生后，本申请可选择其它备用输出通道替换当前工作的主用输出通道继续进行电流输出，有效实现了故障容错，进而有效提高产品的安全性和可用性。

在上述内容的基础上，本申请实施例所提供的电流型模拟量输出模块的控制方法中，作为一种具体实施例，当从其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作时，可具体依据与其余各个输出通道的预设延时时长对应的次序确定更新后的主用输出通道。

具体地，可预先为各个输出通道设置预设延时时长。从发现***存在故障开始，各输出通道经过预设延时时长后开始竞争申请升主。优先升主（即升主次序较高）的输出通道对应的预设延时时长较小，升主次序较低（即升主次序较低）的输出通道对应的预设延时时长较大。由于主用输出通道只有一个，因此先到先得，最先发起升主竞争请求的输出通道将成为新的主用输出通道，而其余输出通道的升主竞争请求无效。容易理解的是，降备的输出通道将不再发起升主竞争申请。

在上述内容的基础上，作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的电流型模拟量输出模块的控制方法，还可以在切换主用输出通道后进行故障诊断工作。具体地，在从其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作之后，可通过下述步骤诊断故障源：

更新获取电流检测电路发送的电流检测值并再次判断是否存在故障；

若不存在故障，则判定原主用输出通道存在故障；

若再次存在故障，则判断更新后的电流检测值是否为零；若为零，则判定合路存在断线故障；若不为零，则判定电流检测电路存在诊断故障。

具体地，当更换了主用输出通道之后，若***故障解除，则说明故障原因确实是原主用输出通道；而若***故障仍然存在，则说明故障并非来源于原输出通道，而是源于模块中的公共线路。

公共线路包括合路和电流检测电路两个部分。其中，若合路发生故障（通常为断线故障），则检测到的电流检测值应为零；而若电流检测电路存在检测故障，通常会得到比真实电流值偏高或者偏低的电流检测值。

当然，故障诊断的结果也可进一步上报至管理员处，以方便管理员对故障源进行处理。

参见图2所示，本申请实施例公开了一种电流型模拟量输出模块，包括多个输出端并接的输出通道101和电流检测电路102；

电流检测电路102耦合于多个输出通道101并接后的合路，用于检测合路中的输出电流，并将电流检测值分别发送至各个输出通道101的控制单元；

控制单元用于根据电流检测值和主用输出通道101的目标电流输出值判断是否存在故障，主用输出通道101为当前唯一处于工作状态的输出通道101，其中，判断是否存在故障的过程为电流检测电路102将电流检测值发送至多个输出通道101除主用输出通道101之外的其余输出通道101的控制单元，其余输出通道101均判断电流检测值是否与主用输出通道101的目标电流输出值一致，当超过预设数量或者预设比例的输出通道101均判断存在故障后，则认定发生故障；若存在故障，则将主用输出通道101更新为备用输出通道101并关闭，从其余输出通道101中择一更新为主用输出通道101并启动工作。

参见图3所示，图3为本申请实施例所提供的一种具体的电流型模拟量输出模块的电路结构图。在上述内容的基础上，本实施例中，各个输出通道101均分别包括：

用于传输目标电流输出值的MCU；

与MCU的输出端连接的控制单元，用于根据目标电流输出值生成并输出对应的数字信号；

与控制单元的输出端连接的DAC，用于对数字信号进行DA转换以生成模拟电压信号；

与DAC的输出端连接的电压转电流电路（V/I电路），用于输出与模拟电压信号对应的输出电流。

其中，MCU可接收经由Local Bus（CPU总线）传输的、包括目标电流输出值在内的数据，并将目标电流输出值发送至相连的控制单元。控制单元具有数据处理计算能力以及与电流检测电路102之间的通信能力，可生成与目标电流输出值对应的数字信号。

作为一种具体实施例，控制单元可基于FPGA实现。控制单元可具体采用SPI通信协议将数字信号发送至DAC，由DAC进行数模转换，并输出与数字信号对应的模拟电压信号。DAC的输出端与电压转电流电路的输入端连接，由此，电压转电流电路将根据接收的模拟电压信号输出对应大小的电流。在理想无故障情况下，实际输出的电流值应当为MCU传输的目标电流输出值。

另一方面，作为一种具体实施例，电流检测电路102可具体包括：

串接在合路中的检测电阻；

并接在检测电阻两端的检测芯片，用于检测检测电阻的两端电压；

与检测芯片的输出端连接的ADC；

与ADC的输出端连接的诊断单元，用于控制ADC对两端电压进行AD转换以生成数字电压信号，并将基于数字电压信号确定的电流检测值发送至各个输出通道101的控制单元。

由于检测电阻的阻值固定，因此可利用检测芯片获取检测电阻的两端电压以实现对合路中输出电流的间接检测。在实际使用中，一般还需对检测芯片输出的两端电压进行大小调理，以使其满足ADC的输入范围，因此，进一步地，电流检测电路102还可以包括设置在检测芯片与ADC之间、用于进行信号调理的运算放大器。

作为一种具体实施例，诊断单元可基于FPGA实现。诊断单元可基于SPI接口控制ADC对调理后的两端电压进行AD转换以得到对应的数字电压信号。容易理解的是，该数字电压信号与合路中的输出电流是大小对应的，诊断单元可根据该数字电压信号确定出输出电流检测值，然后将输出电流检测值发送至各输出通道101的控制单元，由各控制单元对输出电流值与目标电流输出值进行比较判断。当然，诊断单元还可以直接将该数字电压信号发送至各输出通道101的控制单元，由各控制单元对该数字电压信号与对应于目标电流输出值的数字信号进行比较判断。

进一步地，本实施例所提供的电流型模拟量输出模块中，可预先在各个输出通道101的控制单元中存储不同的预设延时时长，以便依次来确定各个备用输出通道101的竞争升主次序。具体地，每个输出通道101的控制单元在根据电流检测值和主用输出通道101的目标电流输出值判定存在故障后，在经过了对应的预设延时时长之后将发起竞争升主申请。最先发起升主申请的输出通道101才会成为新的主用输出通道101。

进一步地，在上述内容的基础上，本实施例所提供的电流型模拟量输出模块还可以进行故障诊断。输出通道101中的控制单元可具体在更新后的主用输出通道101启动工作之后，更新获取电流检测电路102发送的电流检测值并再次判断是否存在故障；若不存在故障，则判定原主用输出通道101存在故障；若再次存在故障，则判断更新后的电流检测值是否为零；若为零，则判定合路存在断线故障；若不为零，则判定电流检测电路102存在诊断故障。

可见，本申请实施例所公开的电流型模拟量输出模块，不仅能够及时检测出***的故障问题，而且，在故障发生后，本申请可选择其它备用输出通道101替换当前工作的主用输出通道101继续进行电流输出，有效实现了故障容错，进而有效提高产品的安全性和可用性。

关于上述电流型模拟量输出模块的具体内容，可参考前述关于电流型模拟量输出模块的控制方法的详细介绍，这里就不再赘述。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电流型模拟量输出模块的输出控制方法，其特征在于，所述电流型模拟量输出模块包括输出端并接的多个输出通道和电流检测电路，所述电流检测电路耦合于所述多个输出通道并接后的合路，用于检测所述合路中的输出电流；所述输出控制方法包括：

获取所述电流检测电路发送的电流检测值；

根据所述电流检测值和主用输出通道的目标电流输出值判断是否存在故障，所述主用输出通道为当前唯一处于工作状态的输出通道，其中，判断是否存在故障的过程为所述电流检测电路将所述电流检测值发送至所述多个输出通道除所述主用输出通道之外的其余输出通道的控制单元，所述其余输出通道均判断所述电流检测值是否与所述主用输出通道的所述目标电流输出值一致，当判断为不一致的输出通道超过预设数量或者预设比例后，则认定发生故障；

若存在故障，则将所述主用输出通道更新为备用输出通道并关闭，从所述其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作。

2.根据权利要求1所述的输出控制方法，其特征在于，所述从所述其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作，包括：

依据与其余各个输出通道的预设延时时长对应的次序确定更新后的主用输出通道。

3.根据权利要求1所述的输出控制方法，其特征在于，在所述从所述其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作之后，还包括：

更新获取所述电流检测电路发送的电流检测值并再次判断是否存在故障；

若不存在故障，则判定原主用输出通道存在故障；

若再次存在故障，则判断更新后的所述电流检测值是否为零；若为零，则判定所述合路存在断线故障；若不为零，则判定所述电流检测电路存在诊断故障。

4.一种电流型模拟量输出模块，其特征在于，包括输出端并接的多个输出通道和电流检测电路；

所述电流检测电路耦合于所述多个输出通道并接后的合路，用于检测所述合路中的输出电流，并将电流检测值分别发送至各个所述输出通道的控制单元；

所述控制单元用于根据所述电流检测值和主用输出通道的目标电流输出值判断是否存在故障，所述主用输出通道为当前唯一处于工作状态的输出通道，其中，判断是否存在故障的过程为所述电流检测电路将所述电流检测值发送至所述多个输出通道除所述主用输出通道之外的其余输出通道的控制单元，所述其余输出通道均判断所述电流检测值是否与所述主用输出通道的所述目标电流输出值一致，当判断为不一致的输出通道超过预设数量或者预设比例后，则认定发生故障；若存在故障，则将所述主用输出通道更新为备用输出通道并关闭，从所述其余输出通道中择一更新为主用输出通道并启动工作。

5.根据权利要求4所述的电流型模拟量输出模块，其特征在于，各个所述输出通道均分别包括：

用于传输所述目标电流输出值的MCU；

与所述MCU的输出端连接的所述控制单元，用于根据所述目标电流输出值生成并输出对应的数字信号；

与所述控制单元的输出端连接的DAC，用于对所述数字信号进行DA转换以生成模拟电压信号；

与所述DAC的输出端连接的电压转电流电路，用于输出与所述模拟电压信号对应的所述输出电流。

6.根据权利要求5所述的电流型模拟量输出模块，其特征在于，所述电流检测电路包括：

串接在所述合路中的检测电阻；

并接在所述检测电阻两端的检测芯片，用于检测所述检测电阻的两端电压；

与所述检测芯片的输出端连接的ADC；

与所述ADC的输出端连接的诊断单元，用于控制所述ADC对所述两端电压进行AD转换以生成数字电压信号，并将基于所述数字电压信号确定的所述电流检测值发送至各个所述输出通道的控制单元。

7.根据权利要求6所述的电流型模拟量输出模块，其特征在于，所述电流检测电路还包括：

设置在所述检测芯片与所述ADC之间，用于进行信号调理的运算放大器。

8.根据权利要求6所述的电流型模拟量输出模块，其特征在于，所述控制单元和所述诊断单元均为FPGA。

9.根据权利要求4至8任一项所述的电流型模拟量输出模块，其特征在于，所述控制单元具体用于：

在根据所述电流检测值和所述主用输出通道的所述目标电流输出值判定存在故障后，依据预设延时时长竞争申请作为更新后的主用输出通道。

10.根据权利要求9所述的电流型模拟量输出模块，其特征在于，所述控制单元具体用于：

在所述更新后的主用输出通道启动工作之后，更新获取所述电流检测电路发送的电流检测值并再次判断是否存在故障；若不存在故障，则判定原主用输出通道存在故障；若再次存在故障，则判断更新后的所述电流检测值是否为零；若为零，则判定所述合路存在断线故障；若不为零，则判定所述电流检测电路存在诊断故障。

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