综合智能组件

2024-10-02

综合智能组件（精选6篇）

综合智能组件篇1

0 引言

智能变电站是智能电网的重要组成部分和关键环节。智能变电站以设备的智能化和以顺序控制、状态估计、远端维护以及与调度的无缝连接等高级智能应用为主要特征,为智能电网的信息化、自动化、互动化提供技术基础。综合智能组件作为智能变电站设备层的关键设备,促进了一次设备的智能化。《智能变电站技术导则》对智能组件的定义是:“智能组件是服务于一次设备的测量、控制、状态监测、计量、保护等各种附属装置的集合,包括各种一次设备控制器,如变压器冷却系统汇控柜、有载调压开关控制器、断路器控制箱等及就地布置的测控、状态监测、计量、保护装置等。”组成智能组件的各种装置从物理形态上可以是独立分散的,在满足相关标准要求时也可以是部分功能集成的。用于设备状态监测的传感器可以外置,也可以内嵌。但是,智能组件的发展趋势是功能集成、结构一体化[1]。

综合智能组件在变电站内的应用可以实现一次设备测量数字化、控制网络化、状态可视化、信息互动化和功能一体化,使变电站设备数量大量减少,变电站场站设计简化,占地面积减少。数字化接口设备和光纤通信介质的应用,在节约电缆投入的同时提高了信号采集和控制回路的抗干扰能力[2],大幅提高了变电站的可靠性、实用性和经济性。

目前,ABB和AREVA等国外公司已推出具有数字化接口的断路器智能产品,但由于价格昂贵,并没有大规模推广应用。国内对智能开关的研究虽起步相对较晚,但已研制出具有保护、测控和状态检测功能的低压智能开关组件[3,4]。变压器设备的综合智能组件产品目前国内外均未见报道。国外变压器智能化的研究侧重点在于在线监测和状态检修方面,其中油色谱、局部放电等监测应用已较为成熟[5,6,7,8,9];国内在变压器状态监测方面也取得了一定的成果,油色谱、局部放电等在线监测产品已在变压器上安装使用。

1 综合智能组件的工程意义

目前,一次设备的智能化程度较低,尤其是状态监测手段数字化程度不高。近年来在部分重要设备上虽然加装了在线监测装置,但缺乏统一的标准,且对监测数据的分析和诊断还不够,不能在设备异常或者故障时提出故障处理方法或设备检修策略,很难实现状态检修模式和设备全寿命周期综合优化管理的目标。高压设备价格非常昂贵,其占据整个电网资产的比例也很高。随着电网规模的不断扩大,电网公司对电网建设的投资比重进一步加大,其中更加强调了资产全寿命管理体系的建设。高压设备综合智能组件一方面扩大了设备在线监测的范围,同时加强了对在线监测数据以及运行数据的综合分析,大幅度提升高压设备状态诊断水平,延长设备服役时间,产生显著的经济效益[10]。

综合智能组件的研制实现了一次设备信息的集中采集和功能整合,为电力系统的高级应用功能提供了带绝对时标、标准化的高品质数据。综合智能组件宜采用能提供稳态、动态和暂态数据的“三态”信息采集装置[1],在满足相关标准时,还可融入保护和计量功能,大大减少了变电站信息采集系统的数量,简化了变电站设备的安装、调试和维护工作,充分体现了集约式管理思路。

2 综合智能组件与智能变电站

综合智能组件一般安置在一次设备旁,当采用电子式互感器和智能操作箱时,综合智能组件相当于间隔层设备,要与过程层的采样值(SV)网和通用面向对象变电站事件(GOOSE)网通信,同时还要与站控层通信的制造报文规范(MMS)网通信。图1为110 kV变压器综合智能组件在智能变电站体系结构中的连接关系。变压器综合智能组件连接站控层的MMS网,过程层的高、中、低压侧的GOOSE网和SV网以及在线监测的通信网络,实现主变压器高、中、低压侧的测控、保护以及录波功能,采集主变压器本体的油温、挡位等主变压器本体信息以及油色谱监测、局部放电监测等状态监测信息,实现对变压器挡位和冷却系统的控制以及变压器的状态诊断功能,并以IEC 61850标准定义的信息模型和信息交互方式与数据采集与监控(SCADA)系统、检修系统以及其他设备进行信息交互。

变压器综合智能组件包含本体智能终端、设备控制器、非电量保护和组件信息管理单元以及计量单元。图1中智能组件信息管理单元集保护、测控、状态监测和录波功能于一体,是综合智能组件的“大脑”,担负着信息采集、各项功能的实现和对外交互功能。组件信息管理单元未包含计量功能,主要是考虑计量涉及到计费系统,由于在管理上的特殊性,使得其不宜与测控、保护功能融合在一起。

保护、测控和状态监测功能是否可以融合在一起设计需要考虑设备对象和电压等级等因素,总体原则就是不能与电力系统相关标准或规程相违背。例如:可以在110 kV及以下电压等级中将测控、保护功能一体化设计,但在220 kV及以上电压等级中实现存在争议,暂不考虑。

综合智能组件要考虑与过程层设备的通信接口,特别是在线监测采集设备。目前国内厂家大多采用自己内部的通信协议,通信接口也不统一,大多采用RS-485,CAN等总线接口,还未采用IEC 61850标准定义的信息模型和信息交互方式。

3 设计方案探讨

综合智能组件的设计方案应考虑设备对象和电压等级等因素,一般情况下,电压等级越高,设计方案越复杂,同电压等级的变压器组件设计方案比断路器组件设计方案复杂。《变电站智能化改造技术规范》中对变压器设备的改造要求[11]是:“变压器改造后应具备冷却器智能化控制、有载分接开关数字化测控、顶层油温数字化测量及本体非电量保护功能。330 kV及以上变压器还应具备油中溶解气体分析(DGA)监测、铁芯电流监测、本体油中含水量监测和气体继电器压力测量等在线监测功能。智能组件通过采用光纤以太网接口,非电量保护宜通过直跳方式跳闸,并采用基于MMS的DL/T 860服务实现在线监测信号的传输和设置以及有载分接开关远方控制。变压器智能组件宜就地安装。”

综合智能组件的设计还要考虑智能变电站的整体建设需求。变压器综合智能组件要实现测量、控制、状态监测、计量及保护5大功能,各大功能之间如何集成,各功能模块之间如何进行信息交互才能满足组件的状态诊断、智能控制等高级应用需求,智能组件需要与哪些设备交互信息,信息交互的通信接口和协议等都需要考虑。下文将以110 kV变压器综合智能组件为例,探讨综合智能组件的方案设计。

考虑到智能组件的发展趋势是功能集成化,结合当前智能变电站设计规范,将主变压器主保护、后备保护、测控功能以及故障录波功能集成设计,由主保护与后备保护测控一体化单元实现,将主变压器本体测量、状态监测和智能控制功能由本体测控与监测单元实现。组件信息管理单元由主保护与后备保护测控一体化单元和主变压器本体测控与监测单元组成。主保护与后备保护测控一体化单元通过内部以太网通信接口给本体测控与监测单元传送主变

压器各侧的电压、电流、有功、无功以及部分故障录波数据,便于信息管理单元实现变压器设备的状态诊断和智能控制等高级功能,其内部功能架构如图2所示。

由于变压器组件分布在多个间隔,结构上很难实现一体化设计,所以采用能集中就集中、不能集中就分布的策略,但组件信息管理单元可以监控组件的所有单元信息。主后保护测控一体化单元与高、中、低压侧合并单元和智能操作箱之间采用点对点光纤连接,主变压器各侧智能操作箱及合并单元宜冗余配置,本体智能操作箱宜单套配置[12]。有载分接开关数字化测控命令由组件信息管理单元发出,本体智能操作终端接收到命令后完成出口控制。顶层油温数字化测量也是由主变压器智能操作终端负责采集,通过GOOSE网送给组件信息管理单元,本体非电量保护采用就地直接电缆跳闸,信息通过本体智能终端上送过程层GOOSE网。DGA、局部放电、铁芯电流等监测单元就地安装在变压器附近,与组件信息管理单元之间通过数字通信方式完成信息交互。

状态监测不仅仅具有状态监测信息的采集、IEC 61850数据建模和信息传输等功能,还应具备独立的数据分析、状态诊断和告警功能。目前,国内的大部分状态监测系统都是将监测数据传送到后台系统后再作显示和分析判断,监测装置本身并不进行分析。当监测装置与站控层之间通信中断或后台监测系统瘫痪时,状态监测功能将完全丧失。因此,综合智能组件自身有必要具备状态诊断和报警功能,正如《高压设备智能化技术导则》[13]中强调的“组件应具备就地分析功能”。

4 关键技术分析

综合智能组件总体来讲还处于发展的初级阶段,还有一些关键技术需要解决,主要包括以下几个方面:

1)传感器技术。研究出能够表征高压设备状态的重要特征参数,如温度、绝缘状态、应力及绕组变形、油色谱等,并提高目前获取这些特征参量所采用的温度、红外线、电流/电压、湿敏、气敏、振动等传感器的性能参数。在不影响一次设备性能的前提下研究传感器的植入、布置工艺以及耐腐蚀能力。

2)过程层以及站控层通信接口和协议的标准化,状态监测装置在这方面存在的问题尤为突出。目前,在线监测系统大多是基于本业务或本部门的需求,存在不同的平台、不同的数据格式,以及协议繁杂、信息承载率低、信息不完整、系统联调复杂、数据采集资源重复浪费等问题[14,15]。

3)状态诊断和寿命评估模型的研究。目前,部分重要设备已经具备在线监测的条件,但是由于状态诊断和寿命评估模型技术还未及时跟进,制约了在线数据在设备状态诊断和检修方面作用的发挥。

4)二次设备的抗干扰能力。未来智能变电站只包括设备层和系统层,一、二次设备的融合是未来发展的趋势,二次设备最终将会与一次设备一体化设计。因此,如何在强电磁干扰等恶劣环境下保证二次设备的可靠性也需要进一步研究。

5)网络通信是智能组件非常重要的组成部分,需要进一步考虑智能组件在数字化变电站网络环境下的网络安全威胁和相应对策。应加快研究信息加密、防火墙等网络信息安全技术在智能组件中的应用。

6)综合智能组件的使用会改变目前变电站的管理模式。组件5大功能的融合设计会给计量、远动和保护等部门相互独立的管理模式带来影响。

5 结语

一次设备智能化技术可以满足绿色环保电网建设的需求,明显提升一次设备的可靠性、运营效率及智能化水平,一次设备的智能化是电网发展的大势所趋[16]。变电站综合智能组件的设计要与智能变电站的建设结合起来,要考虑智能变电站的产品配置、网络通信结构和通信协议。综合智能组件5大功能的融合要根据电压等级和一次设备对象的差异进行针对性设计,在满足相关标准及要求时尽可能采用功能融合、结构一体化设计。

综合智能组件篇2

2009年5月,国家电网公司提出了立足自主创新,以统一规划、统一标准、统一建设为原则,建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的统一坚强智能电网的发展目标。高压智能设备作为智能变电站的重要组成部分,它的可靠性直接关系到电网能否正常、高效、经济的运行。

高压设备智能化作为智能电网的重要组成部分,是变电站主要设备与智能电网进行信息互动的基础,也是区别传统电网的主要标志之一。根据国家电网公司智能变电站高压设备智能化的基本思想,智能化变电站在线监测系统要完成设备状态监测参量的统一采集、就地存储、综合分析评估、标准化接口输出,并实现在变电站自动化系统中的可视化显示,通过自动化系统实现变电站关键设备与上级电网间的数据互通以及信息协同互动,为优化设备状态检修策略及基于设备实时状态信息的全寿命资产管理提供支持。这就要求在国际IEC 61850标准[1]模型基础上进行统一信息建模和服务建模,对所建立的信息模型作扩展,对具体的逻辑节点、数据节点进行分析研究。因此,高压设备状态监测智能组件建模技术是实现变电站高压设备智能化亟待攻克的关键技术。

2 高压设备状态监测智能组件建模技术研究

2.1 高压设备状态监测智能组件简介

高压设备状态监测智能组件包括分IED和主IED,状态监测中的各分IED按照监测功能分布设置,主要实现设备实时数据采集和运行工况监视的状态监测功能,主IED装置则按照间隔分布设置,支持IEC 61850协议,可实现分IED与主IED之间、主IED与变电站信息一体化平台之间的无缝连接,可定期将设备状态监测综合分析结果上传信息一体化平台,在监控后台进行设备状态综合分析结果的可视化展示,分析结果上传上级主站,实现电网与变电站主要设备之间的协同互动。智能组件为实现基于状态检测的设备全寿命周期综合管理[2]提供基础数据支持,为设备检修策略方案制定提供辅助决策。

2.2 基于IEC61850标准的一体化信息模型体系结构

模型体系是智能变电站业务应用的核心,它提供无缝连接61850协议支持。智能变电站模型体系具有以下特点:

1)变电站系统采用设备功能建模,实现与61850的无缝连接。2)建立系统知识模型体系以更方便简洁的系统建模,支持不同领域模型体系的扩展,例如可以扩展一次设备类型、逻辑间隔类型以支持工业以及其它的应用领域。3)构建在一体化信息模型基础上的SCADA业务处理。独立建立策略模型,处理策略建立业务处理组件库,可以实现更容易的扩展业务。

2.3 基于IEC61850建模技术的具体实现方案

该技术方案采用一种基于变电站继电保护通用模型,与现有基于国际IEC 61850标准的数字化监控系统完全兼容的建模方法,将高压设备(变压器、断路器、避雷器等)在线监测系统的所有对象看作一个整体,采用一个名为PROT的Logic Device(以下简称LD)模型,遥信量采用GGIO类通用过程I/O模型的逻辑节点建模,遥测量采用MMXN类相别无关量通用模型的逻辑节点建模,均符合变电站继电保护通用模型,与现有基于国际IEC 61850标准的数字化监控系统实现无缝连接,具备完善的自描述功能,采用国际IEC 61850标准MMS(Manufacturing Message Specification)服务报文传输,可与基于国际IEC 61850标准的数字化监控系统直接通信,与国内外主流监控系统完成了一致性规约测试。

3 具体实施方式

3.1 系统配置

根据国际IEC61850标准统一规定,采用面向对象的建模方法对整个电力系统进行统一建模,包括采用分层分类思想建立的基本信息模型和对基本信息模型进行操作的其它服务模型。

方案整体采用一个名为PROT的LD模型,遥信量采用GGIO类通用过程I/O模型,遥测量采用MMXN类相别无关量通用模型,符合变电站继电保护通用模型,与现有基于国际IEC 61850标准的数字化监控系统实现无缝连接。

3.2 建模方法行为分析

具体建模过程基于分层和面向对象的建模的总体原则,进行在线监测的一体化建模。即同一个功能对象相关的数据以及数据属性,建模在该功能对象中(包括对该对象的扩展);多个功能相关,或全系统功能相关的数据,建模在公共的逻辑节点或者逻辑设备中。

分层结构的数据对象包括的五大部分:

1)服务器(Server):用来表示外部可视化设备,包含了智能电子设备IED的所有通信网络可见信息。本变压器在线监测模型只包含一个名为S1的服务器对象,这符合一个IED建模为一个服务器的通用规范。

2)逻辑设备(LD):包含一组特定应用及功能信息的虚拟设备。为了简化模型和增加通用性,本变压器在线监测模型采用一体化建模思想,只包含一个名为PROT的LD对象。这样做的好处是使模型具有简单和通用性,而且LD越少,出错的几率越少,兼容性也越强。

3)逻辑节点(LN):由数据和方法构成的对象,包含特定应用功能。根据IEC61850标准,每个LD对象中应至少包含3个LN对象(LLN0、LPHD和至少1个其他逻辑节点)。属于同一测量对象的数据宜建立在同一LN中。

4)数据(Data):提供各种包含在逻辑节点内的不同类型的信息,如果不够,可以扩展。

5)数据属性(DA):定义用来传输的数值名称、格式、范围或允许值及表示法。

4 结语

本论文提出了一种基于国际IEC61850标准的高压设备(变压器、断路器、避雷器等)在线监测智能组件建模技术解决方案,通过深入研究,更有效地降低了运行成本,简化维护程序,满足智能电网建设需要,提高了变电站的运行水平和效益。成功实施后可大大降低高压设备检修率,并具有良好的推广前景。而且相关技术已经形成了产品,建议在下批智能化变电站建设中应用这些研究成果,必将大大促进我国智能变电站的技术水平。

摘要：对高压设备状态监测智能组件建模技术进行了研究。实践表明:该技术成功实施后可大大降低高压设备检修率,具有良好的推广前景。

关键词：在线监测,IEC61850,PMU系统,远动系统

参考文献

[1]王丽华,江涛,盛晓红,等.基于IEC61850标准的保护功能建模分析[J].电力系统自动化,2007,31(2):55-59.

综合智能组件篇3

1 站用电源系统的现状及存在的问题

目前110k V变电站广泛采用交直流一体化站用电源系统。交直流一体化站用电源系统是借鉴智能变电站的核心思想, 将站用交流电源系统、直流电源系统、UPS电源系统、通信电源系统进行了一体化设计, 实现了一体化配置及一体化监控。通过以太网接口, 采用IEC61850规约接入站内计算机监控系统并上传至远方控制中心, 使站用电源系统成为整体的开放式系统。站用交流电源系统采用三相四线制, 两台站用变压器各带一条母线, 两条母线分列运行, 当一台站用变压器出现故障时, 双电源自动切换装置将切断故障站用变压器, 并由另外一台站用变压器带全站交流负荷。

直流电源系统一般采用单母线分段接线, 设置两组蓄电池组、两套高频开关充电装置, 每组蓄电池及其充电装置分别接入两段母线。蓄电池组采用串联的供电方式, 正常运行下两段母线切换时不中断供电, 切换过程中允许两组蓄电池短时并列运行。每组蓄电池均设有专用的试验放电回路, 试验放电设备经隔离和保护电器直接与蓄电池组出口回路并接。

交流不停电电源 (UPS) 系统一般双套配置, 采用主机冗余配置或模块化N+1冗余配置, 具有交、直流输入, 其直流一般来自站用直流母线 (有些变电站还配置专用蓄电池, 则其直流来自专用蓄电池) , 交流则来自站用电源, 正常情况下, UPS电源由站用电系统供电, 各UPS处于空载带电状态, 当交流电源失去后, UPS自动带负荷运行。

现有串联蓄电池组单只蓄电池如发生内部质量问题或接线问题, 将造成整组蓄电池不能正常带载;且蓄电池组中最差的1只蓄电池容量决定了整组蓄电池的容量, 使在全站交流系统失电情况下蓄电池组不能发挥应有的作用;此外, 新更换的蓄电池如与原运行蓄电池性能不匹配, 也会造成整组蓄电池性能的迅速下降。因此, 为了避免串联蓄电池组对站用电源系统造成影响, 现采用并联电池组件的直流电源系统来避免上述问题。

2 并联电池组件的直流电源系统技术原理

并联电池组件的直流电源系统通过将12V蓄电池与匹配的AC/DC充电模块、DC/DC升压模块等器件组合设计成“并联智能电池组件”, 并通过多只组件并联输出, 组成满足实际需要的并联蓄电池组直流系统。系统由N个组件并联输出组成, 组件各自连接12V电池;系统中各组件可逐个对蓄电池进行自动在线核容, 组件支持热插拔, 可以在线进行组件与电池的更换。

电源组件基本工作原理是:当交流输入正常时, 通过AC/DC电路形成内部母线电压, 此母线电压同时为DC/DC输出变换器及DC/DC充电变换器提供能量, DC/DC输出变换器产生DC220V或DC110V母线电压, DC/DC充电变换器输出12V电压给蓄电池充电;当交流失电时, 蓄电池通过DC/DC充电变换器升压输出形成内部母线电压, 使组件可以实现无间断切换至蓄电池供电。图1为单个并联智能电源组件基本原理图。

当并联智能直流电源系统需要进行蓄电池核容时, 系统监控单元向系统中一个电源组件下发核容指令, 该组件的智能电路控制其转为蓄电池供电状态, 并动态调节使蓄电池以0.1C恒流放电, 同时累记蓄电池放电容量直至核容完毕, 并自动切换为交流供电状态, 为蓄电池充电。该蓄电池充电完成后自动开始另一个组件核容。

除此之外, 不同批次、新旧电池均可在并联智能电池组件中混用。并联智能直流电源系统不但实现了蓄电池的在线核容管理, 且使蓄电池可以在线检修、不停电更换, 极大的减少了运行单位的维护工作量, 降低了能源消耗和运维成本, 并提高了蓄电池的运行可靠性。

3 并联智能直流电源系统的配置选择

并联智能直流系统采用单只12V蓄电池直接与组件连接, 系统容量由并联的组件数量决定。在配置并联智能直流电源系统时, 可集中配置, 也可根据负荷的性质或电压等级分散配置;当采用分散式配置时, 不同母线可互为备份, 避免某一负荷故障而影响其他负荷的工作。并联智能直流电源系统灵活的配置方式, 可减少直流屏柜的数量, 降低二次室的使用面积。

并联智能电源系统与常规直流系统不同, 电源组件的输出直接挂在直流母线上, 而蓄电池未直接挂在直流母线上。因此在计算电源组件的数量时, 无需考虑蓄电池组浮充和均充的要求, 只需按照各系统的经常性负荷和事故负荷来计算。由于电源组件具备短时输出最大功率功能 (60s内输出2倍额定功率) , 因此对于冲击负荷, 计算电源组件数量时可不予考虑, 仅核算即可。并联智能电源组件的数量应满足正常工作时的经常性负荷和事故状态下的事故负荷与冲击负荷的需要。组件数量按N+1原则 (N≤6时) 或N+2 (N≥7时) 冗余配置。

3.1 电源组件数量选择

其中:Pj为直流负荷计算容量;Ps为随机或冲击负荷。

注:考虑到充电模块具备短时耐受Ie的2倍, 故不考虑随机或冲击负荷的电流。

3.2 蓄电池容量选择

蓄电池通过组件向负载提供能量, 由于组件均流的作用, 每个电池提供1/N的负荷功率。

(1) 单个蓄电池放电电流:

其中:P1为直流负荷实际容量;N为直流系统选择模块数量;η为电池的放电效率, 取值0.85;U为蓄电池额定电压, 取值12V。

注:110k V变电站蓄电池按照2个小时考虑。根据蓄电池产品型号及设计需要, 可选取大于计算值的标准容量蓄电池。

4 结论

综上所述, 随着科技的进步, 变电站无人值班、数字化及智能化建设得到了迅速发展, 特别是我国提出建设资源节约型、环境友好型社会后, 变电站的建设更加注重实用和节约, 对无人值班变电站内交直流系统进行远程监控、维护、系统性管理, 显现出很大的迫切性。

基于减少设备, 减少变电站建筑面积, 节约投资, 减少维护工作量的考虑, 采用并联智能电源组件直流系统, 建立智能化变电站站用电源系统信息共享平台, 对交直流电源系统进行系统性的设计、运行、维护, 进行蓄电池在线核容管理, 实现对蓄电池的在线检修、不停电更换, 建立各类运行、检修、事故工况下的智能化操作方案, 不但使变电站站用电源系统更加安全可靠, 也使其配置方式更加灵活多样。

摘要：站用电源系统是变电站的重要组成部分, 而直流电源系统又是站用电源系统不可或缺的部分, 本文针对现有直流电源系统中串联蓄电池组存在的问题, 提出了更为可靠的并联智能直流电源系统, 并对其技术原理与配置选择进行了详细的说明。

关键词：站用电源系统,蓄电池,并联电池组件,并联智能直流电源系统

参考文献

[1]张文君.智能变电站交直流一体化电源设计[J].科学与财富, 2012, (5) :206-207.

[2]王杰.基于间接并联智能电池组件的一体化电源应用研究[J].湖北电力, 2011, (z1) :98-100.

[3]韩桢, 孙彦亮.智能交直流一体化电源在变电站的应用及优点[J].电源技术应用, 2013, (9) :66-67.

[4]苗梅.智能变电站站用电源系统的设计及应用[D].北京:华北电力大学, 2011.

综合智能组件篇4

智能电视搭载操作系统,用户可以自行安装所需要的应用软件,带来更多彩的个性化体验[1]。然而,电视智能化不仅加速了电视产品的更新换代,同时也对其软件系统和硬件配置提出了更高的要求[2]。因此,对于提高智能电视的软件质量已经成为软件研发人员和用户共同关注的焦点。如何提高软件测试的效率,更好地帮助软件研发人员完善软件的可用性,提高软件的质量,目前已经成为重要的研究课题。

智能电视由于软件的复杂程度高,对其实施软件测试是一个非常消耗人力物力的过程。目前,智能电视的软件测试方式主要是依赖于手工测试,测试的周期时间长、工作量大、成本高,并且由于人为因素等原因导致测试的规范不足,无法满足和保证测试的科学性和严谨性。软件自动化测试的方法是通过编写软件测试用例来模拟手工测试的步骤,控制被测试程序的执行过程,实现软件的自动或半自动测试。自动化的软件测试可以减少由手工测试带来的人为错误并消除一些通过手工测试不可能或很难以完成的工作。软件的自动化测试可以极大地提高测试的准确性,具有一致性和重复性,同时可以有效地缩短测试时间,提高测试的效率[1]。因此,自动化的软件测试方式是智能电视软件测试的发展趋势。如何科学高效地实现自动化测试是目前智能电视软件测试的研究热点。

2 智能电视操作系统简介

智能电视操作系统即NGB TVOS,全称Next Generation Broadcasting Network TVOS,是中国国家新闻出版广电总局科技司带头研发的基于Linux和安卓系统的一套应用于网络电视的操作系统,它兼顾现有操作系统的技术,比如Linux、安卓,并增加信息安全模块,加强用户的信息安全保障,是专门针对电视终端的操作系统[3]。NGB TVOS软件架构概要设计如图1所示[4]。

智能电视操作系统向上承载Java和Web应用,其软件架构从上到下包含了应用框架层、执行环境层、功能组件层、硬件抽象层(HAL)和Linux内核层。为了实现对系统的稀缺资源的有效管理,智能电视操作系统的软件架构提出了一种资源管理的框架,对于系统资源实现全局的高效管理。为了解决系统的安全问题,智能电视操作系统的软件架构提出一种安全框架,对于系统安全实现全局的安全防控。

智能电视操作系统的软件架构详细设计见图2[4]所示。应用框架层提供了Java应用和Web应用两种框架。执行环境层提供了Java和Web应用两种执行环境,其中Web应用的执行环境的核心功能由WebKit支持。功能组件层主要采用C和C++代码实现,主要提供基本的电视相关服务、基本的GUI服务和系统服务。其中基本电视相关服务包含DTV、DCAS、VOD、AV设置等内容,GUI服务包含有窗口管理、事件管理、人机交互等内容,系统服务包含有应用管理、安装包管理、内容管理等内容。硬件抽象层是对于无线网络、音视频解码器、电源管理器、摄像头、调谐解调器等硬件进行抽象封装。Linux的内核层是采用Linux 3.0.31作为基准版本,基本沿用Android的Binder机制。对于用户关心的安全问题,智能电视操作系统制定了一个全局的安全管理框架,在每个软件层都植入了安全模块,任何部件都可以按照安全框架的设计与对应的安全模块进行对接。

3 自动化测试框架的设计

测试框架是用来执行测试的总体环境,其中的核心是自动化工具[5]。所谓自动化测试的框架,是由一些假设、概念和为自动化测试提供支持的实践组成的集合。它可以减少研发和维护的成本,使得测试人员可以将精力集中在测试用例的设计上,而不是单纯的开发测试[6]。这些工具通过提供预先设计好的测试框架,可以极大地简化或消除使用脚本语言的需要。自动化的测试框架为支持软件的自动化测试设计了良好的平台架构,提供了最佳的实践经验。

常用的自动化测试框架主要有5种基本框架结构类型:测试脚本模块化框架、测试库框架、关键词驱动的测试框架、数据驱动的测试框架和混合自动化测试框架[6]。其中混合自动化测试框架是前面几种框架随着时间积累和经过若干的项目演化而来,取其长处,弥补其不足,可以针对具体项目做具体设计。本文所设计的自动化测试框架就属于混合自动化测试框架,是专门对智能电视操作系统的组件层进行自动化测试的,其核心是设计一种自动化运行工具,为软件测试的自动化运行提供环境和条件。

本文设计的自动化测试框架是用来测试智能电视操作系统中各个功能组件,可以进行模块化的自动测试。通过对配置文件的管理,可以有效地控制组件测试用例各个模块的开关和设置各个组件测试用例的运行环境和条件。自动化运行过程的测试结果信息支持多种输出方式,包括标准的控制台输出、文本输出和Logcat输出方式,用户可以有选择地查看输出结果信息。

3.1 概要设计

智能电视操作系统组件层涉及到较多的功能组件,同时各个组件又包含有各自的条件输入参数,因此采用配置文件的方式管理各个组件的开关、输入参数和结果输出方式,可以实现对各个组件测试模块(TestModule)的灵活配置。测试模块采用模板化的代码编写方式来组织各个测试用例(TestCase)。自动化的运行框架根据配置文件的解析结果确定运行哪些组件组合或者组件的哪些测试用例,触发启用组件的输入参数和结果输出方式,然后执行各组件测试用例,输出测试结果信息。因此本文设计的自动化测试框架主要包括测试用例编写模版、自动化运行工具、配置文件解析模块、测试结果输出模块四部分。表1中描述了我们定义的自动化测试框架的功能与实现的具体内容。

该自动化测试框架提供了一种编写组件测试用例的模版和自动化运行环境,极大地简化了组件测试用例的编写流程,可以加快软件测试用例开发进度,提高测试产品的开发效率同时具有良好的扩展性和稳定性。

3.2 开发环境介绍

(1)软件环境:基于智能电视操作系统TVOS1.0。

(2)硬件环境:集成有智能电视操作系统1.0的智能电视、机顶盒等终端设备。

(3)开发编程语言:C/C++。

3.3 软件架构设计

智能电视操作系统组件层自动化测试的软件架构如图3所示,包含智能电视操作系统(TVOS)内核层、智能电视操作系统(TVOS)组件层、测试用例层、测试框架层。图3中展示了该测试系统中的各层功能以及其在系统架构中的位置。

(1)TVOS内核层,包含与硬件匹配的底层协议及驱动,通常包括:文件系统驱动、音视频驱动、显示驱动、存储器驱动、电源管理、高频头驱动、网卡驱动、WiFi驱动、蓝牙驱动、遥控器驱动、摄像头驱动、鼠标驱动、键盘驱动、游戏手柄驱动、体感设备驱动、前面板驱动、USB驱动、安全芯片驱动等。

(2)TVOS组件层,包含数字电视组件、媒体处理组件、人机交互组件、音视频设置组件等多个功能组件。

(3)测试用例层是TVOS组件层各个功能组件的相对应模块的测试用例集合。

(4)测试框架层包含测试用例基础模版、自动化运行框架、配置文件解析管理和测试结果输出模块,该层主要提供了一种编写组件测试用例的模版和自动化运行环境。

本软件架构采用分层结构,各层相对独立,具有良好的扩展性和稳定性。通过对配置文件的管理,针对不同的TestModule级别或TestCase级别可以设置不同的参数、事件机制、开关控制等,可以灵活地控制运行环境和条件。

4 测试用例的设计与实现

4.1 测试用例组织结构

被测试组件的测试用例主要文件构成有5部分:

(1)被测组件模块:MainModule.cpp和MainModule.h,定义被测组件的功能函数及声明头文件。

(2)测试用例集合:TestModule.cpp和TestModule.h,定义测试用例集合,组成一个有序列表,在自动化运行时按顺序运行。

(3)测试用例:TestCase.cpp和TestCase.h,定义测试用例,用来测试组件功能函数。

(4)被测试组件模块的Makefile文件。

(5)被测试组件模块注册到自动化运行框架执行测试的文件:TestMain.cpPp

这种组织结构的优势是把各个功能测试函数分离,修改测试用例简单方便,例如当改变被测函数定义时,只需修改MainModule.cpp和MainModule.h;当修改或增加测试用例时,只需修改TestCase.cpp,TestCase.h、TestModule.cpp;而想要改变调整测试用例顺序时,只需要修改TestModule.cpp。

4.2 测试用例运行流程

本文设计的自动化测试系统运行的基本流程如图4所示。

(1)启动测试用例主程序。

(2)读取配置文件信息,解析配置文件得到被测组件的开关状态、被测组件的输入参数和测试结果输出方式。

(3)根据配置文件信息,进行测试运行环境相关信息的初始化配置。

(4)将测试开关状态打开的组件测试模块注册到测试系统中。

(5)启动自动化测试:按照组件添加到测试系统中的顺序,按顺序运行各个组件的所有测试用例。测试用例运行过程中,将各个测试用例的结果信息根据配置文件中指定的方式输出。

(6)所有测试用例运行结束,主程序自动退出。

4.3 测试用例编写方式

(1)TestModule.cpp中定义测试用例集合,示例如下所示:

其中TestCase函数原型如下,指定了测试用例的编号、API级别、测试用例分类、测试步骤数、测试用例函数、测试用例函数名称、测试用例描述信息。

TestCase (int caseId,int apiLevel,int category,int step,TEST＿FUNC func,const char*funcName,const char*desc):

上述代码段中向g＿allTest结构体添加TestCase,就可以向测试模块中添加测试用例,而每一个TestCase根据定义的结构进行代码编写,就可以实现组件功能函数的测试。

(2)在主程序main中,注册被测组件模块。以数字电视DTV组件为例:

TestModule*dtvtest=new DtvTest();

TestCaseMatchFilter*dtvMatch=new TestCaseMatchFilter();

TestMain::addTestModule(dtvtest,dtvMatch);

(3)在主程序main中,指定结果输出方式,指定为Logcat输出方式:

Logger*stdLog=new StdoutLogger();

TestMain::addLogger(stdLog);

(4)在主程序main中,自动运行所有module:

TestMain::runAllTests();

4.4 测试运行结果

如图5所示为采用Logcat方式过滤后的输出结果信息,图中展示的Log信息包含:

(1)根据配置文件设置的运行环境信息:Tuner数量、DVB运行环境参数,如NetworkID、OriginalNetworkID、TsID、ServiceID,BouquetID、Frequency、SymbolRate等信息。

(2) AV设置测试模块的各个测试用例的测试结果信息。

5 结束语

智能电视操作系统组件层是智能电视操作系统中的一个重要模块,其功能和性能好坏直接影响到智能电视的整体性能,其质量保证是软件测试的重点工作。本文所研究的智能电视操作系统组件层自动化软件测试的方法,提高了智能电视组件层的测试准确性和测试效率,对于保证智能电视组件的软件质量、提高软件可靠性具有重要意义。目前该测试系统仍然需要不断完善,测试框架功能需进一步拓展,与人体感官方面有关的界面、声音和易用性测试仍然依赖于手工测试,测试Log日志中所包含的信息量较大,分析测试报告相对困难,如何提高测试报告的可视性也是今后研究工作的重点。

摘要：组件层作为智能电视操作系统核心部件最本质的模块,其软件质量的好坏直接影响到智能电视的整体性能。本文针对智能电视操作系统组件层的软件测试进行了研究,设计并实现了一种自动化测试框架,为软件测试提供了自动化运行环境,提高了测试的准确性和测试效率,为软件编码提供了一种编写组件测试用例的模版,简化了代码编写流程。采用该自动化测试框架,对保证智能电视组件的软件质量,提高软件可靠性具有重要意义。

关键词：智能电视操作系统,组件模块,软件测试,自动化测试

参考文献

[1]张立敏.智能电视软件自动化测试系统的研究与应用[D].中国海洋大学,2014.

[2]王萧.智能电视多媒体播放器自动化测试研究与实现[D].中国海洋大学,2014.

[3]腾讯科技.广电总局发布电视操作系统TVOS1.0[J].移动通信,2014,(11):89-89.

[4]陈德林,黎政,王颖,赵良福,张定京.NGB TVOS的软件架构及其主要技术特点[J].广播电视信息,2013,(10):21-25

[5]刘腾.软件测试技术与自动化测试框架模型的研究与应用[J].电脑知识与技术,2009,5(26):7428-7431

综合智能组件篇5

CCD组件是光电转换、电荷储存、电荷转移和自动扫描等功能于一体的光电器件.CCD组件的综合参数能够全面定量的表征在探测图像时的综合性能.CCD组件参数综合测试系统采用高速数字图像采集卡、均匀稳定的光源系统、高精度定位及计算机分析控制系统等先进技术来实现对帧频、饱和输出幅值、均方根噪声等多种性能参量测试.

1 CCD测试系统组成及功能

CCD组件综合测试系统为测试平台和系统主机两大部分.其中测试平台由光源系统、支撑工装、电源模块、控制及转换模块4部分组成.如图1所示.

CCD组件测试仪与随机配套的PCI高速数字图像采集卡及相应的软件可以组成应用系统.测试仪与图像采集卡通过一根50芯SCSI型专用电缆相连, 系统主机通过安装于其中的图像采集卡 (LVDS-PCI) 获取测试数据, 显示测试图像, 计算分析;实现对光纤耦合CCD组件的自动测试工作.测试仪还单独输出TTL电平的帧频信号, 供示波器测试[1].

1.1系统主机

系统主机通过安装于其中的数据传输卡 (LVDS-PCI) 与测试平台进行数据交换, 以控制测试平台工作, 显示测试图像, 获取测试数据, 计算分析;实现对CCD组件的自动测试工作.

1.2光源系统

光源系统的均匀性和稳定度对直接关系到整个测试的准确性.采用4个小积分球加主积分球为整个测试系统提供均匀面光源[2].主积分球口径50 cm, 均匀度达到99%.4个小积分球的出射孔实现可变光栏[3].

1.3支撑工装

安装待测的CCD组件;保证被测组件与光源的相对位置确定.

1.4电源模块

将220 V交流电变为多路直流电源, 供给测试平台其他部件使用;控制各电路电源的开关;监测各路电源.

1.5控制及转换模块

与系统主机的信息交换, 将测试平台的各项工作状态发送给系统主机, 同时接受主机命令, 改变测试平台的工作状态, 配合测试软件, 实现自动化测量.

2 测试内容

“CCD组件参数综合测试系统”用于实现对CCD参数、记录、分析及评测[4].主要测试项目为:帧频、饱和输出幅度、均方根噪声、固定图像噪声、输出信号位数、最低照度、坏像元数、功耗.由于系统采用积分球作为测试光源, 其测试原理与以往有较大区别.

2.1帧频

帧频为单位时间内输出图像的帧数.通过控制及转换接口, 将被测组件的帧频信号转换成标准TTL电平, 并从电测信号接口输出.使用软件计算每秒内输出图像的帧数.

2.2饱和输出幅值

饱和输出幅值是数字摄像机的靶面照度达到饱和的情况下, 输出的信号平均值与无光照条件下输出的信号平均值之差.在无光照条件下, 测量输出信号平均值V1;在靶面照度达到饱和的情况下, 测量输出信号平均值V2.则饱和输出幅值Vsat=V2-V1.

2.3均方根噪声

在无光照条件下, 采集100帧图像.按式 (1) 计算此时器件每一像元的噪声电压VNi为

VNi= $\sqrt{\frac{1}{F - 1} \sum_{f = 1}^{100} (V_{0 i} (f) - \bar{V}_{0 i})^{2}} (1)$

式中, $\bar{V}_{0 i}$ 为i像元F帧的平均输出信号;F为采集的图像帧数, 为100帧;V0i (f) 为 i像元第f帧的输出信号.

按式 (2) 计算组件的均方根噪声值VNRMS.

$V_{Ν R Μ S} = \frac{1}{Μ}$ ∑ $_{i = 1}^{Μ}$ VNi (2)

式中, VNRMS为组件的均方根噪声值;M为光敏面像元数目 (为256×256) .

2.4固定图像噪声

固定图像噪声是在无光条件下, 摄像机的背景分布非均匀性.

固定图像噪声 (DN) =

$\sqrt{\frac{\sum_{Y = 0}^{Ν - 1} \sum_{X = 0}^{Μ - 1} (V (x, y) - V_{2})^{2}}{Μ \times Ν}}$

式中, M为数字摄像机的水平像元数;N 为数字摄像机的垂直像元数;V (x, y) 为 (x, y) 点处的像素灰度值;Va为本帧的全部像素算术平均值.

在无光条件下, 对全部光敏元进行信号采集, 并根据固定图像噪声的定义, 测算出组件的固定图像噪声 (DN) .

2.5有效输出信号位数

有效输出信号位数是数字图像由多个数据位构成, 数字摄像机输出的总的有效数据位个数即是其有效输出信号位数[5].从饱和光照开始, 逐渐减小光强直到光强为零.当判断了所有的数据位均为有效时, 停止减小光强.在此过程中连续地采集图像并进行判断.判断依据为:在此过程中, 该数据位不为常数 (长高或长低) , 且与其他数据位不始终相同.若为常数, 则该位缺失;若与另一数据位始终相同, 则该位与另一数据位短路.

2.6靶面最低照度

靶面最低照度为到达CCD靶面的某种强度的光, 引起的信号变化与均方根噪声相等;则认为此即为CCD的靶面最低照度.在无光照条件下, 测试整个CCD的平均输出为V1, 输入额定强度的均匀光E (Lx) , 使摄像机输出平均值达到约1/2满度, 测试整个CCD的平均输出为V2, 靶面最低照度Eth为

$E_{t h} = \frac{E}{V_{2} - V_{1}} \times V_{Ν R Μ S} (3)$

2.7坏像元数

在保证每个像元接受光强一致的前提下, 若某像元的输出信号与平均输出信号的差异>20%, 则该像元为坏像元.

$| \frac{V_{1} - V_{2}}{V_{2}} | > 20 % (4)$

坏像元数是指一帧完整图像中坏像元的个数.在无光照条件下, 测试整个CCD的输出为V1i, 输入额定强度的均匀光, 使摄像机输出平均值达到约1/2满度, 测试整个CCD的输出为V2i.

Vi=V2i-V1i (5)

Va= $\frac{1}{Μ} \sum_{i = 1}^{Μ} V_{i} (6)$

然后对该图像的每个像元按坏像元的定义公式 (4) 进行计算, 得出坏像元的位置和总坏像元数;并进行图像处理, 使坏像元出现于最终的测试报告上.

2.8功耗

功耗 (mW) =12I1+5I2, 采用0.1 Ω精密电阻, 测量该路电源经过0.1 Ω精密电阻的压降, 得出I1和I2;即可测试出功耗.

3 测试结果分析

利用研制的测试系统对光锥型CCD组件的参数进行测试, 在规定的检定环境条件下, 连续测量N次, 按式 (7) 计算测试项测量重复性误差.

$δ_{L S} = \frac{\sqrt{\frac{1}{Ν - 1} \sum_{i = 1}^{Ν} (L_{i} - \bar{L})^{2}}}{\bar{L}} (7)$

式中, $\bar{L} = \frac{1}{Ν} \sum_{i = 1}^{Ν} L_{i}$ , 表示在测量时间范围内, 测量值的算术平均值;Li在测量时间范围内第i次测量值;N为测量次数, 取N=10.用该系统对帧频测试等8项内容分别进行了10次测试, 根据式 (6) 计算得到重复性误差如表1所示.

4 结束语

CCD组件测试系统是对CCD组件进行光电参数采集、记录、分析及评测的专用系统工具.CCD组件的综合参数测试是非常重要的, 它将直接决定着CCD组件的实际应用情况.原来需要多种工种、多个环节、多台仪器的检验内容, 采用该测试系统测试后将一次性自动完成;对连续测试结果的误差分析表明, 重复性不大于3%.测试数据不仅稳定、可靠, 而且简化了测量过程, 并避免了CCD组件在检验及转运过程的损伤风险性.

参考文献

[1]颜伟彬.CCD信号数据采集及处理[D].武汉:华中科技大学, 2004.

[2]阮林波, 郭明安, 李斌康, 等.高帧频CCD光纤传输系统的设计与实现[J].电视技术, 2004, (4) .

[3]张勇, 唐本奇, 肖志刚, 等.线阵CCD总剂量辐照效应离线测量系统设计[J].核电子学与探测技术, 2004, (5) .

[4]公发全.CCD光学调制传递函数及检测方法研究[D].长春:中国科学院研究生院 (长春光学精密机械与物理研究所) , 2002.

综合智能组件篇6

煤矿企业所使用的系统大多都是由不同厂家针对煤矿生产运营中某个环节的具体需求单独研发和应用,因而各系统遵循的标准不同,在功能上不能关联互助、在信息上也无法共享互换。为了打破这种“信息孤岛”现象,也为了更好地发挥煤矿上各种监测控制系统的作用、协调生产过程中各系统间的关系、提高安全生产和管理水平、开发信息资源的价值,必须对上述系统整合进行综合自动化系统的集成。煤矿综合自动化集成系统使单个系统采集加工处理的有用信息能够在系统间无阻传输,实现信息共享,同时方便煤矿统一调度指挥,有利于充分发挥信息化技术的支撑推进作用,从而提升煤矿企业的核心竞争力[3,4,5]。

煤矿综合自动化集成系统需要实现各系统收集的原本为自己所用的各种有用信息能够传输给其他系统并供其使用;系统收集的有用信息品种繁多这就造成了信息传输工作复杂而繁重。本文在此基础上提出的文件传输组件大大提高了文件传输的效率,且使用方便易维护。

1 基于信息共享的文件传输

煤矿综合自动化集成系统中需要共享的信息往往是各种经过加工处理的数据,对收集它的系统之外的其他系统而言,它们不可读,也不能直接使用;因而要实现信息共享这些数据最终会以各种约定格式的文件存储,系统之间通过文件传输实现信息共享。这种基于信息共享的文件传输有以下特点:

复杂性:需要传输的文件较多,每个系统都必须提供文件传输模块将文件传输到其他系统,每个系统自身的情况不一样,这就具备一定的复杂性。文件需要安全、完整传输,以确保文件的可读、可用,从而真正实现信息共享;还需要快速地传输以确保煤矿综合自动化集成系统的运行效率,就更提高了文件传输的复杂性。

频繁性:煤矿综合自动化集成系统运行的每时每刻都需要确保这些共享信息能在系统之间畅通无阻的流通,因而文件传输非常工作非常频繁。

基于煤矿综合自动化集成系统中文件传输工作的重要性,将各系统的文件传输模块抽象成文件传输组件很必要。由组件统一实现文件传输,不再为各系统单独开发各自的传输模块,将降低煤矿综合自动化集成系统的集成工作量和工作难度,加快集成速度,同时也相应降低系统的后期维护工作难度。

2 文件传输组件的结构设计

2.1 整体结构设计

文件传输组件的整体结构如图1所示:组件由表现层、数据访问层、数据存储层和业务处理层组成。表现层实现组件运行所需的配置信息维护;数据访问层实现配置信息的处理;数据存储层实现配置文件的存放;业务处理层实现实时文件传输。

2.2 功能结构设计

文件传输组件由配置设置和文件传输两个功能模块组成,功能结构如图2所示。

配置设置模块主要实现组件运行所需参数设置、配置信息加密以及存储。需要设置的配置信息包括需传输文件的具体位置以及文件名,目标系统所在机器的IP,用户名和验证密码,目标机器存放文件的位置等信息。设置的所有配置信息将通过加密算法进行加密,最终以xml文件的形式存储。

文件实时传输模块根据已配置的组件运行参数信息,定时将需要传输的各个文件传输给各个目标系统,同时进行出错处理。

3 文件传输组件的主要流程设计

3.1 配置设置流程

文件传输组件配置设置流程如图3所示。组件运行时首先检测是否存在配置文件,如果有则读取并解密,再将配置信息显示到界面供修改;如果没有则需在界面上进行设置。设置完成后需对配置信息加密并按已设计的数据结构存储到xml文件中。配置信息是文件传输组件正常运行的基础,没有配置信息组件无法正常运行,因而只允许增加、修改配置信息,不允许删除配置信息。

3.2 实时文件传输流程

实时文件传输流程如图4所示。通过定时器实现实时传输,每次到达定时时间先暂停定时器,根据配置信息中设置的目标机器IP检测网络是否连通,网络正常时通过设置的用户名以及密码验证连接目标机器,连接成功后将需要传输的文件传输到目标机器上的具体路径,文件传输出错时进行处理;网络不通或连接目标机器不成功时都无法实现文件传输。

4 结论

本文设计的文件传输组件在Microsoft Visual Studio环境下以C#语言开发。组件已开发完成并通过测试,目前已运用在全矿井综合自动化系统中,实际使用表明:该组件运行稳定可靠,能够高效完成共享信息在各个系统之间的传输,并且复用性高易维护。

摘要：针对煤矿综合自动化集成系统中文件传输复杂和频繁的问题,设计了文件传输组件,本文探讨了煤矿综合自动化集成系统中文件传输的特点;给出了文件传输组件的结构设计和主要流程设计。实际使用表明:该组件可以高效地实现文件传输、复用率高且易维护。

关键词：煤矿,系统,信息共享,文件传输组件

参考文献

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[2]邱玉霞,秦佳佳,赵文,张志军.煤炭产业信息化建设现状及其发展趋势[J].煤炭经济研究,2012(8).

[3]谭得健.浅谈自动化、信息化与数字矿山[J].煤炭科学技术,2006(1).

[4]陆铮,汪丛笑.工业以太网在全矿井综合自动化系统中的应用[J].工矿自动化,2008(3).

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