CN101077756B - 一种起重设备远程实时安全监管系统及其控制方法 - Google Patents

一种起重设备远程实时安全监管系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种起重设备远程实时安全监管系统及其控制方法,它涉及起重机械及其控制领域,它是为了解决现有的起重设备无法进行远程实时监控、人为监管复杂困难、精确度低、有效性差、安全系数低的问题。本发明通过远程传输装置与上位设备监管服务器进行数据传输,传感信号采集装置实时采集起重设备的各个参数信息;本发明的控制方法采用多个并行远程控制线程进行数据处理,先通过数据监听处理线程将接收的数据放入空闲的数据处理队列中;然后利用数据统计保存线程对数据处理队列进行处理。本发明的监管系统可以实现临界状态报警以及紧急状态控制、还可以实现远程实时掌握起重设备的运行状况,人为违章。

Description

一种起重设备远程实时安全监管系统及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及起重机械及控制领域,具体涉及一种可以对起重设备及进行远程监控 的系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 目前,国内使用的大部分起重设备并没有配备在线安全监测装置,特别是建筑工 地上用的起重设备,它们只配备了简单的安全装置:如塔式起重机,使用重量(力矩)限制 器对重量、力矩极限值进行控制,使用多功能限位器对幅度/高度的极限值进行控制,起重 机操作者并不能实时、直观地看到所吊物的实际重量、小车位置与起吊高度,只能凭肉眼、 凭经验、靠指挥完成操作,这样带有很大的盲目性、精确度低、有效性差、安全性低。而且,塔 式起重机的起重量限制器与力矩限制器均为机械式,靠人为事先手动调节限位开关的触点 位置来设定超载报警与停机值,若手动调节值过大,重量与力矩限制器形同虚设;若调节值 过小,又影响设备的正常运行;常常会有作业人员为了省事,有意将力矩限制器拆除或放大 调节值,所以塔式起重机的安全监测基本上没有起到有效地作用,常会有事故发生。国内也 有少部分使用进口和国产的大型起重设备,虽然它们都配备了在线安全监测装置,但均要 使用专用的重量(力矩)传感器采集重量(力矩)参数,使用编码器采集幅度/高度等参 数,然后通过PLC进行监测和控制,这样导致价格昂贵,无法大量使用,并且只能在设备设 计制造中配备,很难对正在使用的设备进行加装改造。
[0003] 还有,我国国产大多数起重设备本身不具备运行数据的记录与存储功能,导致无 法提取现场运行的客观数据,使得设备违章操作后事故责任难于界定,从而无法从深层次 上起到警示与防范作用。而且,现在大多数起重设备的安全管理模式主要是依赖人到现场 进行监管,工作难度大。以一个地级市安监部门为例,一个安全监督员要负责几十个工地, 而且不仅仅是监管设备安全,还要管整个施工现场的安全。靠人力,他们很难兼顾到每台设 备,更无法对每台设备的在用状态进行监视;市级站安监员与区级安监员之间、安监员与施 工单位之间没有一个实时的设备安全的共享与交流平台,安全监管工作很难作到及时与有 效。
发明内容
[0004] 为了解决现有的起重设备无法进行远程实时监控、人为监管复杂困难、精确度低、 有效性差、安全系数低的问题,本发明提供了一种起重设备远程实时安全监管系统及其控 制方法。
[0005] 本发明的监管系统包括用于检测起重设备各个参数信息的传感信号采集装置、中 央处理器、起重设备执行模块、远程传输装置、设备监管服务器、现场显示器、现场数据存储 装置和报警指示灯;其中,
[0006] 所述传感信号采集装置的多个信号输出端分别连接所述中央处理器的多个传感 信号输入端,用于所述设备监管服务器开启多个并行远程控制线程,其中多个并行远程控制线程包括数据监听处理线程和多个数据统计保存线程;
[0007] 所述中央处理器的起重设备执行信号输出端连接所述起重设备执行模块的输入 端,所述起重设备执行模块接收所述中央处理器的起重设备执行信号并用于控制起重设备 动作,用于将接收到的力矩或重量参数与预存的力矩重载或重量重载数据作比较,从而判 断是否重载;若重载,则确定本次重载的初始时间,若读取的历史记录也为重载,将本次记 录的接收时间与历史记录接收到的记录时间比较,计算本次重载时间;
[0008] 所述远程传输装置的数据传输端连接所述中央处理器的远程数据传输端,所述设 备监管服务器通过所述远程传输装置为所述中央处理器提供控制信号,用于所述设备监管 服务器启动数据监听处理线程将接收的数据放入空闲的数据处理队列中,以及启动数据统 计保存线程,对存有数据的数据处理队列进行报警判断和重载统计;
[0009] 所述中央处理器的现场显示数据输出端连接所述现场显示器的输入端,用于显示 所述设备监管服务器等待接收所述中央处理器上传的起重设备的实时参数信息;
[0010] 所述中央处理器的现场参数数据传输端连接现场数据存储装置的数据传输端,所 述中央处理器的报警指示信号输出端连接所述报警指示灯的控制端,用于将接收到的参数 与预存的极限参数进行比较,并由所述中央处理器在预警或报警时接收下传的报警命令并 控制所述报警指示灯动作。
[0011] 本发明的起重设备远程实时安全监管系统的控制方法按以下步骤进行:
[0012] Sl步系统初始化,设备监管服务器开启多个并行远程控制线程,其中多个并行远 程控制线程包括数据监听处理线程和多个数据统计保存线程;
[0013] S2步设备监管服务器等待接收中央处理器上传的起重设备的实时参数信息;
[0014] 启动数据监听处理线程,将接收的数据放入空闲的数据处理队列中;
[0015] S4步启动数据统计保存线程,对存有数据的数据处理队列按以下步骤进行处理:
[0016] 01步、判断数据处理队列是否空;
[0017] 如果数据处理队列为空,则重复至步骤S2 ;
[0018] 如果数据处理队列不为空,则执行02步:
[0019] 02步、根据当前接收到的远程记录中的仪表编号与内存中已存在的仪表编号进行 匹配,从而确定内存中记录的指针;
[0020] 03步、计算时间:将本次记录的时间与上次记录时间作比较,若相差不超过预设 值,则总运行时间为原运行时间与差值相加,否则总运行时间不变;
[0021] 判断是否预警或报警:将接收到的参数与预存的极限参数作比较,从而判断是否 预警或报警,如果需要预警或报警,所述中央处理器接收下传的报警命令并控制所述报警 指示灯动作;
[0022] 判断是否重载并计算重载持续时间:将接收到的力矩或重量参数与预存的力矩重 载或重量重载数据作比较,从而判断是否重载;若重载,则确定本次重载的初始时间,若读 取的历史记录也为重载,将本次记录的接收时间与历史记录接收到的记录时间比较,计算 本次重载时间;
[0023] 执行完步骤S4后,重复至步骤S2。
[0024] 发明效果:
[0025] 1、本发明的监管系统增加了实时采集起重设备参数的装置,可以对现场的情况进行实时检测并显示,方便现场操作人员观察起重设备的工作状态,消除了现场操作人员只能凭肉眼、凭经验、靠指挥完成操作而导致的安全隐患。
[0026] 2、本发明可以实现临界状态报警以及紧急状态控制;
[0027] 3、本发明可以实现远程实时掌握起重设备的运行状况,人为违章;
[0028] 4、本发明可以实时监视设备的运行维护状况,并进行远程故障分析诊断;
[0029] 5、本发明可以随时记录实时参数信息、查询历史记录信息;
[0030] 6、本发明实现了安监部门、设备业主、厂家、检测机构等相关单位的信息交流;
[0031] 7、本发明能为各相关部门/单位提供设备运行的详细历史数据,并能为以后的分 析以及改进设计提供详细的资料依据。
[0032] 8、由于增加了现场数据存储设备,那么起重机的运行数据随时都可以被记录并备 份起来,等到事故发生时方便提取运行数据,用于界定事故责任,为以后起到警示作用。
[0033] 附图说明
[0034] 图1是本发明起重设备远程实时安全监管系统的结构框图。
[0035] 图2(a)是实施例一中塑胶电位计的安装结构示意图;
[0036] 图2(b)是实施例一中多功能限定器的安装结构示意图;
[0037] 图3(a)是实施例一的惠斯顿电桥传感装置的安装结构示意图;
[0038] 图3(b)是实施例一的惠斯顿电桥传感装置的结构示意图;
[0039] 图4是本发明起重设备远程实时安全监管系统的控制流程图;
[0040] 图5是本发明起重设备远程实时安全监管系统控制方法的启动数据统计保存线 程流程图;
[0041] 图6是实施例二的摄像机安装结构示意图;
[0042] 图7是实施例五中含有两个数据统计保存线程的起重设备远程实时安全监管系 统控制方法的流程图。
具体实施方式
[0043] 以下将详细描述本发明的各较佳实施例。
[0044] 实施例一:如图1所示,本具体实施方式的监管系统包括用于检测起重设备各个 参数信息的传感信号采集装置1、中央处理器6、起重设备执行模块4、远程传输装置7、设备 监管服务器8、现场显示器2、现场数据存储装置10和报警指示灯5 ;所述传感信号采集装 置1的多个信号输出端分别连接所述中央处理器6的多个传感信号输入端;所述中央处理 器6的起重设备执行信号输出端连接所述起重设备执行模块4的输入端,所述起重设备执 行模块4接收所述中央处理器6的起重设备执行信号并用于控制起重设备动作;所述远程 传输装置7的数据传输端连接所述中央处理器6的远程数据传输端,所述设备监管服务器8 通过所述远程传输装置7为所述中央处理器6提供控制信号,所述中央处理器6的现场显 示数据输出端连接所述现场显示器2的输入端,所述中央处理器6的现场参数数据传输端 连接现场数据存储装置10的数据传输端,所述中央处理器6的报警指示信号输出端连接所 述报警指示灯5的控制端。所述现场数据存储装置10可以采用普通的硬盘等数据存储设 备,例如型号为AT29C040A的器件。
[0045] 在本实施例中,所述中央处理器6可以采用型号为77E58的芯片,并同时配用:型号为29C040的芯片作为闪存、型号为74LS373的芯片作为数据锁存器、型号为DS12C887 的芯片为其提供时钟信号,这些芯片均采用常规连接方式。所述显示器采用128X64至 320X240分辨率的液晶模块。所述A/D转换模块1_2可以采用型号为CS5510模数转换芯 片,一般传感器输出的型号经过放大器处理后再送入模数转换芯片中。
[0046] 所述起重设备执行模块4中采用型号为74LS244的芯片作为驱动器,74LS244芯片 的IYl〜1Y4和2Y1〜2Y4共8个控制脚由77E58芯片提供控制信号,74LS244芯片输出 的信号通过光藕TLP521进行信号隔离后用于控制起重设备电机变频器的开关管导通或闭
I=I O
[0047] 所述远程传输装置7采用GPRS无线数传模块或CDMA无线数传模块。在实际操作 时,将远程传输装置安装在起重机的司机室内,采用工业级嵌入式结构,可以实时处理传感 信号,并将数据传送给设备监管服务器,实现对远程设备安全监督管理。
[0048] 实施例二 :如图1所示,在实施例一的基础上:所述监管系统还包括摄像机9,所述 摄像机的视频信息输出端分别连接所述现场显示器和所述远程传输装置的图像数据输入 端。采用本具体实施方式,方便操作人员能更直观地获取起重机起重臂上的实际运行状况, 并更有效地对起重设备进行控制。例如,如图6所示,在塔式起重机上可以采用27倍自动 一体化自动对焦摄像机,并将其安装在塔式起重机的变幅小车下方,对准吊钩,时刻监视塔 机的起吊情况。由于变幅小车运动频繁,需要一套专门的套视频电缆连接装置。如图6所 示,下弦杆11为方形钢管,起重臂根部和最前端各用图中的方框结构12固定在同侧的下弦 杆11上,Φ4πιπι的钢丝绳13拉紧固定在两方框结构12之间,摄像机的电源线和控制线通 过多个套在钢丝绳的小钢圈14连接到所述中央处理器上,每2个小钢圈14间的电缆为固 定长度(1. 5〜2m),电缆随着变幅小车的前后移动拉紧或垂下,保证了摄像机的电源和视 频传输。
[0049] 实施例三:如图1所示,在实施例一的基础上:在所述传感信号采集装置1包括多 个传感器1-1和A/D转换模块1-2,所述多个传感器1-1分别测量的参数信号通过所述A/ D转换模块1-2处理并送入所述中央处理器6。所述多个传感器1-1包含塑胶电位计,所述 塑胶电位计安装在起重设备的行程限定装置内,所述塑胶电位计的信号输入端并接在行程 限定装置的检测信号输入端上。所述塑胶电位计用于实时测量起重设备的高度、幅度等状 况;如果起重设备采用多功能限定器对高度、幅度等作行程限定的话,塑胶电位计可以安装 在多功能限定器的内部,所述塑胶电位计可以采用型号为WDD35D-4的电位计。如图2(a) 和图2(b)所示,多功能限定器17安装在钢绳卷筒19上,钢绳卷筒19转动时带动轴20转 动,轴20转动带动齿轮组18运作,轴20与多功能限定器17同轴连接为参数测量提供输入 信号,塑胶电位计21的信号输入端并接在多功能限定器17的输入端上。
[0050] 所述多个传感器1-1还包含惠斯顿电桥传感装置,所述惠斯顿电桥传感装置安装 在起重设备的重量限定装置内,所述惠斯顿电桥传感装置信号感应输入端并接在重量限定 装置的检测信号输入端上。所述惠斯顿电桥传感装置用于实时测量起重设备的重量状况; 如果起重设备采用测力环对重量进行限定的话,惠斯顿电桥可以采用测力环内部贴电阻应 变片方式,见图3。如图3(a)所示,测力环15安装在滑轮16的侧面;如图3(b)所示,测力 环15的内表面分别贴有具有一定电阻值的四个电阻应变片R1、R2、R3和R4,相邻电阻应变 片相差90度的角度位于测力环15的内表面上,四个电阻应变片与一个电流表和电压源构成惠斯顿电桥结构。
[0051] 本具体实施方式的惠斯顿电桥传感装置和塑胶电位计均没有焊接在起重设备上 或处于改变任何金属结构的位置上,所以方便重复安装拆卸,且不影响起重设备本身的受 力状况;由于传感器安装在限定装置的内部(如在测力环的内部),形成 静电屏蔽,精确度 较高,不受外界环境干扰,而且同时采用屏蔽传输电缆,保证传输过程的稳定。
[0052] 实施例四:如图1所示,在实施例一的基础上:所述监管系统还包括GPS模块3,所 述GPS模块3与所述中央处理器6相连。采用本具体实施方式,方便设备监管服务器随时 获得被监管对象的位置,且可以同时监管多台起重设备,使安全监管工作更简单、有效。
[0053] 实施例五:本具体实施方式是基于具体实施方式一上的控制方法。如图4和图5 所示,本具体实施方式的控制方法按以下步骤进行:
[0054] Sl步系统初始化,设备监管服务器开启多个并行远程控制线程,其中多个并行远 程控制线程包括数据监听处理线程和多个数据统计保存线程;
[0055] S2步设备监管服务器等待接收中央处理器上传的起重设备的实时参数信息;
[0056] 启动数据监听处理线程,将接收的数据放入空闲的数据处理队列中;
[0057] S4步启动数据统计保存线程,对存有数据的数据处理队列按以下步骤进行处理:
[0058] 01步、判断数据处理队列是否空;
[0059] 如果数据处理队列为空,则重复至步骤S2 ;
[0060] 如果数据处理队列不为空,则执行02步:
[0061] 02步、根据当前接收到的远程记录中的仪表编号与内存中已存在的仪表编号进行 匹配,从而确定内存中记录的指针;
[0062] 03步、计算时间:将本次记录的时间与上次记录时间作比较,若相差不超过预设 值,则总运行时间为原运行时间与差值相加,否则总运行时间不变;
[0063] 判断是否预警或报警:将接收到的参数与预存的极限参数作比较,从而判断是否 预警或报警,如果需要预警或报警,所述中央控制器接收下传的报警命令并控制所述报警 指示灯动作;
[0064] 判断是否重载并计算重载持续时间:将接收到的力矩或重量参数与预存的力矩重 载或重量重载数据作比较,从而判断是否重载;若重载,则确定本次重载的初始时间,若读 取的历史记录也为重载,将本次记录的接收时间与历史记录接收到的记录时间比较,计算 本次重载时间;
[0065] 执行完步骤S4后,重复至步骤S2。上述03步的三个过程按上述先后顺序操作即可。
[0066] 在此基础上,所述S4步对存有数据的数据处理队列进行处理的过程中03步还可 以包括对历史数据的统计步骤,记录当前上传的参数信息用于建立历史数据库。采用上述 方法进行数据通讯时,所述中央处理器6每隔一定工作时间向远程的设备监管服务器8发 送一个数据包,该数据包记录有当前时间的起重设备的所有检测信息,保证远程控制的实 时性。
[0067] 对于上述数据监听处理线程接收数据并存放入对列的方法,在此举例说明,如图7 所示,所述控制方法包括三个并行远程控制线程,其中一个数据监听处理线程A3和两个数 据统计保存线程(A0、A1),两个数据统计保存线程分别有一个数据队列;当执行S3步时,可以按以下的步骤进行:先判断1号数据统计保存线程AO的1号队列是否满,如果不满,则说 明其为闲置的,然后将接收数据放入1号队列,再通过数据统计保存线程AO对数据进行处 理;如果1号队列是满的,则将接收数据放入2号队列,然后通过数据统计保存线程Al对数 据进行处理;两个数据统计保存线程(AO、Al)的流程与上述步骤S4是一致的。
[0068] 实施例六:如图4和图5所示,在实施例五的基础上:步骤一中所述的多个并行远 程控制线程还包括网络服务监听线程,当设备监管服务器接收到上传的起重设备的实时参 数信息,后启动网络服务监听线程,所述网络服务监听线程按以下步骤进行:
[0069] 001步、存储实时参数信息、统计数据和报警数据;
[0070] 002步、提取历史数据,分析实时参数信息; [0071] 003步、判断被监控起重设备是否需要进行参数设置;
[0072] 如果需要进行参数设置,则通过远程传输装置向起重设备的中央处理器发送控制 信号,对起重设备进行参数重置,然后重复至步骤S2 ;
[0073] 如果不需要进行参数设置,则重复至步骤S2。
[0074] 本具体实施方式增加了网络服务监听线程,可以随时监管各个起重设备的参数信 息,及时更正错误参数设定,避免人为违章现象的发生。

Claims (10)

  1. 一种起重设备远程实时安全监管系统,其特征在于,所述监管系统包括用于检测起重设备各个参数信息的传感信号采集装置、中央处理器、起重设备执行模块、远程传输装置、设备监管服务器、现场显示器、现场数据存储装置和报警指示灯;其中,所述传感信号采集装置的多个信号输出端分别连接所述中央处理器的多个传感信号输入端,用于所述设备监管服务器开启多个并行远程控制线程,其中多个并行远程控制线程包括数据监听处理线程和多个数据统计保存线程;所述中央处理器的起重设备执行信号输出端连接所述起重设备执行模块的输入端,所述起重设备执行模块接收所述中央处理器的起重设备执行信号并用于控制起重设备动作,用于将接收到的力矩或重量参数与预存的力矩重载或重量重载数据作比较,从而判断是否重载;若重载,则确定本次重载的初始时间,若读取的历史记录也为重载,将本次记录的接收时间与历史记录接收到的记录时间比较,计算本次重载时间;所述远程传输装置的数据传输端连接所述中央处理器的远程数据传输端,所述设备监管服务器通过所述远程传输装置为所述中央处理器提供控制信号,用于所述设备监管服务器启动数据监听处理线程将接收的数据放入空闲的数据处理队列中,以及启动数据统计保存线程,对存有数据的数据处理队列进行报警判断和重载统计;所述中央处理器的现场显示数据输出端连接所述现场显示器的输入端,用于显示所述设备监管服务器等待接收所述中央处理器上传的起重设备的实时参数信息;所述中央处理器的现场参数数据传输端连接现场数据存储装置的数据传输端,所述中央处理器的报警指示信号输出端连接所述报警指示灯的控制端,用于将接收到的参数与预存的极限参数进行比较,并由所述中央处理器在预警或报警时接收下传的报警命令并控制所述报警指示灯动作。
  2. 2.根据权利要求1所述的起重设备远程实时安全监管系统,其特征在于,所述监管系 统还包括摄像机和带有方形钢管的视频电缆连接装置,所述摄像机的视频信息输出端分别 连接所述现场显示器和所述远程传输装置的图像数据输入端;在所述方形钢管的两端分别 设置一方框,两方框之间拉紧设置一钢丝绳,用于穿过小钢圈悬挂所述摄像机的电源线和 控制线。
  3. 3.根据权利要求1所述的起重设备远程实时安全监管系统,其特征在于,在所述传感 信号采集装置包括多个传感器和A/D转换模块,所述传感器并行连接所述A/D转换模块,用 于所述多个传感器分别测量的参数信号通过所述A/D转换模块处理并送入所述中央处理
  4. 4.根据权利要求3所述的起重设备远程实时安全监管系统,其特征在于,所述多个传 感器包含塑胶电位计,所述塑胶电位计安装在起重设备的行程限定装置内,所述行程限定 装置为静电屏蔽装置,并连接屏蔽传输电缆;所述塑胶电位计的信号输入端并接在行程限 定装置的检测信号输入端上。
  5. 5.根据权利要求3所述的起重设备远程实时安全监管系统,其特征在于,在所述多个 传感器还包含惠斯顿电桥传感装置,所述惠斯顿电桥传感装置以电阻应变片方式安装在起 重设备的重量限定装置内,相邻电阻应变片相差90度;所述惠斯顿电桥传感装置信号感应 输入端并接在重量限定装置的检测信号输入端上。
  6. 6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的起重设备远程实时安全监管系统,其特征在于,所述远程传输装置采用GPRS无线数传模块或CDMA无线数传模块。
  7. 7.根据权利要求6所述的起重设备远程实时安全监管系统,其特征在于,所述监管系 统还包括GPS模块,所述GPS模块与所述中央处理器相连。
  8. 8. —种起重设备远程实时安全监管系统的控制方法,其特征在于,所述控制方法按以 下步骤进行:S1步系统初始化,设备监管服务器开启多个并行远程控制线程,其中多个并行远程控 制线程包括数据监听处理线程和多个数据统计保存线程;S2步设备监管服务器等待接收中央处理器上传的起重设备的实时参数信息;启动数据监听处理线程,将接收的数据放入空闲的数据处理队列中;S4步启动数据统计保存线程,对存有数据的数据处理队列按以下步骤进行处理:01步、判断数据处理队列是否空;如果数据处理队列为空,则重复至步骤S2 ;如果数据处理队列不为空,则执行02步:02步、根据当前接收到的远程记录中的仪表编号与内存中已存在的仪表编号进行匹 配,从而确定内存中记录的指针;03步、计算时间:将本次记录的时间与上次记录时间作比较,若相差不超过预设值,则 总运行时间为原运行时间与差值相加,否则总运行时间不变;判断是否预警或报警:将接收到的参数与预存的极限参数作比较,从而判断是否预警 或报警,如果需要预警或报警,所述中央处理器接收下传的报警命令并控制所述报警指示 灯动作;判断是否重载并计算重载持续时间:将接收到的力矩或重量参数与预存的力矩重载或 重量重载数据作比较,从而判断是否重载;若重载,则确定本次重载的初始时间,若读取的 历史记录也为重载,将本次记录的接收时间与历史记录接收到的记录时间比较,计算本次 重载时间;执行完步骤S4后,重复至步骤S2。
  9. 9.根据权利要求8所述的起重设备远程实时安全监管系统的控制方法,其特征在于, 步骤S1中所述的多个并行远程控制线程还包括网络服务监听线程,当设备监管服务器接 收到上传的起重设备的实时参数信息,后启动网络服务监听线程,所述网络服务监听线程 按以下步骤进行:001步、存储实时参数信息、统计数据和报警数据;002步、提取历史数据,分析实时参数信息;003步、判断被监控起重设备是否需要进行参数设置;如果需要进行参数设置,则通过远程传输装置向起重设备的中央处理器发送控制信 号,对起重设备进行参数重置,然后重复至步骤S2 ; 如果不需要进行参数设置,则重复至步骤S2。
  10. 10.根据权利要求8或9所述的起重设备远程实时安全监管系统的控制方法,其特征在 于,所述S4步对存有数据的数据处理队列进行处理的过程中03步还包括对历史数据的统 计步骤,记录当前上传的参数信息用于建立历史数据库。
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