JP2009217358A - 二重化プログラマブルコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】通信ケーブル接続が不安定な条件下でも、系切替処理の多発を抑止することができる二重化プログラマブルコントローラを得る。
【解決手段】それぞれＣＰＵユニット２１と通信ユニット２２を有する二重化プログラマブルコントローラが、バックアップのモードで動作している時に、制御系２ａの通信ケーブルが断線した場合、制御系２ａのＣＰＵユニット２１ａの通信プログラム２３ａは、制御系のプログラムブルコントローラを故障状態に移行することにより、二重化機能により制御系と待機系を切替え、待機系２ｂを新制御系にして、待機系２ｂの通信プログラム２３ｂにより通信を継続するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、公共水処理プラント（上下水道）などを監視制御するプラント監視制御システムで用いられる二重化プログラマブルコントローラの通信ケーブルの断線時にも通信を継続する二重化プログラマブルコントローラに関するものである。

公共水処理プラント（上下水道）を監視制御するプラント監視制御システムでは、機器や負荷の監視データを収集するプログラマブルコントローラと、このプログラマブルコントローラが接続された通信ネットワークに接続されて監視データを集中管理している監視装置とにより構成される。電子部品で構成されるプログラマブルコントローラは、故障する可能性があるため、二重化された二重化プログラマブルコントローラとして構成される。
プラント稼動中に二重化プログラマブルコントローラの制御系の通信ケーブルが断線した場合には、通信ネットワークに接続している監視装置で、二重化プログラマブルコントローラの通信異常を検出し、プラントを管理している操作員によって早急に断線に対する処置を行い、通信を復旧させる必要がある。

二重化プログラマブルコントローラの制御系の通信ケーブルが断線した場合でも、継続して通信できるようにしたものとして、特許文献１がある。この特許文献１では、通信の制御権をもつマスタ局と常時待機状態でマスタ局の異常時に制御権を得る待機マスタ局とに二重化され、プログラマブルコントローラの制御系（通信システムのマスタ局）が通信ケーブルの断線を検出すると、制御系が待機系に対して切替要求を出し、待機系が新制御系となり、待機マスタ局が新マスタ局になって、通信の制御権を得て通信を継続させている。

特開２０００−４００１３号公報（第３〜４頁、図１）

しかしながら、特許文献１の例では、二重化プログラマブルコントローラの制御系・待機系両系の通信ケーブル接続が不安定な条件下で、断線と復旧を繰り返している時に、系切替処理の多発によって、制御が不安定となるという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、通信ケーブル接続が不安定な条件下でも、系切替処理の多発を抑止することができる二重化プログラマブルコントローラを得ることを目的にしている。

この発明に係わる二重化プログラマブルコントローラにおいては、ＣＰＵユニットと通信ユニットを有し、通信ネットワークに接続する第１及び第２のプログラマブルコントローラと、
第1及び第２のプログラマブルコントローラの間を接続し、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブルとを備え、
第１または第２のプログラマブルコントローラの一方が制御系のプログラマブルコントローラであり、もう一方が待機系でのプログラマブルコントローラであり、
待機系のプログラマブルコントローラで通信ユニットが動作しないバックアップのモードと、待機系のプログラマブルコントローラで通信ユニットが動作するセパレートのモードとの２つの運転モードを有し、運転モードの切り替えは制御系のプログラマブルコントローラにより行われる二重化プログラマブルコントローラであって、
二重化プログラマブルコントローラがバックアップのモードで動作している時に、制御系のプログラマブルコントローラの通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、制御系のプログラマブルコントローラが故障状態に移行して、この故障状態への移行により制御系と待機系を切り替えるものである。

この発明は、以上説明したように、ＣＰＵユニットと通信ユニットを有し、通信ネットワークに接続する第１及び第２のプログラマブルコントローラと、
第1及び第２のプログラマブルコントローラの間を接続し、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブルとを備え、
第１または第２のプログラマブルコントローラの一方が制御系のプログラマブルコントローラであり、もう一方が待機系でのプログラマブルコントローラであり、
待機系のプログラマブルコントローラで通信ユニットが動作しないバックアップのモードと、待機系のプログラマブルコントローラで通信ユニットが動作するセパレートのモードとの２つの運転モードを有し、運転モードの切り替えは制御系のプログラマブルコントローラにより行われる二重化プログラマブルコントローラであって、
二重化プログラマブルコントローラがバックアップのモードで動作している時に、制御系のプログラマブルコントローラの通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、制御系のプログラマブルコントローラが故障状態に移行して、この故障状態への移行により制御系と待機系を切り替えるので、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、通信ケーブルが接続している待機系が新制御系となり通信を継続することができるとともに、制御系が故障状態に移行することにより、制御系・待機系の両系の通信ケーブルが不安定な条件下での再度の系切替を抑止することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による二重化プログラマブルコントローラが接続される通信ネットワークシステムを示す概略構成図である。
図１において、監視装置１に通信ネットワーク４を介して、複数のプログラマブルコントローラ２が接続されて、通信ネットワークシステムを構成する。プログラマブルコントローラ２のうち、制御系２ａと待機系２ｂは二重化プログラマブルコントローラを構成する。監視装置１には、ＣＰＵユニット１１と通信ユニット１２が実装され、プログラマブルコントローラ２には、ＣＰＵユニット２１と、通信ユニット２２が実装される。

ＣＰＵユニット１１、２１は、それぞれ通信プログラム１３、２３を有し、通信プログラムを実行することにより、通信を行う。二重化プログラマブルコントローラには、運転モードがバックアップのモードと、セパレートのモードがあり、バックアップのモードでは、制御系の通信プログラムのみが動作し、セパレートのモードでは、制御系・待機系両方の通信プログラムが動作する。セパレートのモードでは、監視装置１は、制御系・待機系の両方とデータの送受信を行うが、待機系から送信されたデータは破棄する。
つまり、制御系２ａの通信プログラム２３ａのみが動作し、待機系２ｂは通信プログラムが動作しないバックアップのモードと、制御系２ａ及び待機系２ｂで通信プログラム２３ａ、２３ｂが各別に動作するセパレートのモードとの二つの運転モードがある。
この二つの運転モードは、制御系２ａにより変更されるように構成されている。
また、バックアップのモードで、制御系２ａが故障状態のときには、二重化機能によりハードウェア的に制御系と待機系を切替える系切替が発生し、待機系２ｂが新制御系となって通信プログラムを動作させて、通信を継続するようになっている。ここで、故障状態とは、ＣＰＵユニットが動作しない状態である。
さらに、制御系２ａの系切替指令によっても系切替が発生するようになっている。

通信ユニット２２は、通信ケーブルと接続し、通信ケーブルの接続状態は、通信ユニット内のケーブル接続ステータス２４に格納される。
二重化プログラマブルコントローラのそれぞれのＣＰＵユニット２１内にはトラッキングメモリ２５があり、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブル３で接続されている。トラッキングメモリ２５内にＣＰＵの状態やケーブル接続状態をライトすると、相手側のトラッキングメモリ２５にトラッキングされ、相手側からＣＰＵの状態やケーブル接続状態をリードすることが可能となる。
なお、制御系２ａと待機系２ｂのＣＰＵユニットを２１ａ、２１ｂとし、通信ユニットを２２ａ、２２ｂとし、通信プログラムを２３ａ、２３ｂとし、ケーブル接続ステータスを２４ａ、２４ｂとし、トラッキングメモリを２５ａ、２５ｂとして、制御系２ａと待機系２ｂの区別を行っている。
図１の制御系２ａの通信ケーブルには断線３１がある。

図２は、この発明の実施の形態１による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。

次に、通信ケーブル断線時の動作について図２を用いて説明する。なお、ここで、通信ケーブル断線には、断線以外の原因で接続できない場合も含めている。
バックアップのモードで動作中に、二重化プログラマブルコントローラの制御系２ａの通信ケーブルが断線３１する（Ｓ１）と、制御系２ａの通信ユニット２２ａ内のケーブル接続ステータス２４ａに通信ケーブル断線が格納される（Ｓ２）。制御系２ａのＣＰＵユニット２１ａ内の通信プログラム２３ａは、定周期でケーブル接続ステータス２４ａをリードしており、通信ケーブル断線３１を検出し（Ｓ３）、制御系２ａを故障状態に移行させる（Ｓ４）。
二重化プログラマブルコントローラの制御系２ａが故障状態に移行すると、二重化機能により系切替が発生し（Ｓ５）、制御系２ａが新待機系、待機系２ｂが新制御系となる（Ｓ６）。
二重化プログラマブルコントローラの制御系２ａは、新待機系となるため、ＣＰＵユニット２１ａ内の通信プログラム２３ａは停止する。また待機系２ｂは、新制御系となるため、ＣＰＵユニット２１ｂ内の通信プログラム２３ｂは動作する（Ｓ７）。新制御系の通信ケーブルは、接続しているため、通信することができる（Ｓ８）。

実施の形態１によれば、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に制御系で故障状態に移行させることで、二重化機能により系切替が発生し、通信ケーブルが接続している待機系が新制御系となり通信が継続できるようになる。
また、制御系（新待機系）を故障状態としているため、制御系・待機系の両系の通信ケーブルがノイズ等による不安定な条件下で、制御系（新待機系）の通信ケーブルが復旧した場合でも新制御系（待機系）から新待機系（制御系）への系切替を抑止することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図３において、１、２ａ、２ｂ、３、４、２１〜２５、３１は図１におけるものと同一のものである。図３では、待機系２ｂに故障３２が発生している。
図３は、説明の便宜上、図１から二重化プログラマブルコントローラを抽出して説明する。

図４は、この発明の実施の形態２による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。
図４では、バックアップのモードで動作中の二重化プログラマブルコントローラの待機系２ｂで故障３２が発生し（Ｓ１１）、トラッキングメモリ２５ｂに故障情報が格納され（Ｓ１２）、故障情報がトラッキングメモリ２５ａにトラッキングされた（Ｓ１３）状態で、制御系２ａの通信ケーブルが断線３１した（Ｓ１４）とき、ケーブル接続ステータス２４ａに通信ケーブル断線が格納される（Ｓ１５）。
制御系２ａのＣＰＵユニット２１ａ内にある通信プログラム２３ａでは、通信ケーブルの断線３１を検出（Ｓ１６）後、トラッキングされた待機系２ｂの故障情報をトラッキングメモリ２５ａからリードし、待機系２ｂの故障３２を検出する（Ｓ１７）。
制御系２ａの通信プログラム２３ａでは、通信ケーブル断線３１を検出しても、待機系２ｂの故障３２を検出した場合は、故障状態に移行せず、系切替が起こらない。この場合、ネットワークの縮退運転となる（Ｓ１８）。

実施の形態２によれば、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合でも、待機系が故障状態であれば、制御系で故障状態に移行させると両系故障となり、二重化プログラマブルコントローラが動作不可となるため、制御系で故障状態に移行せず、両系故障にならないようにすることができる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図５において、１、２ａ、２ｂ、３、４、２１〜２５、３１は図１におけるものと同一のものである。

図６は、この発明の実施の形態３による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。

図６では、バックアップのモードで動作中の二重化プログラマブルコントローラの制御系２ａの通信ケーブルが断線３１する（Ｓ２１）と、制御系２ａの通信ユニット２２ａ内のケーブル接続ステータス２４ａに通信ケーブル断線が格納される（Ｓ２２）。通信プログラム２３ａが断線３１を検出する（Ｓ２３）と、通信プログラム２３ａで運転モードをバックアップのモードからセパレートのモードに切替える（Ｓ２４）。
二重化プログラマブルコントローラの運転モードがセパレートのモードに切替ると、待機系２ｂの通信プログラム２３ｂが動作し（Ｓ２５）、待機系２ｂの通信ケーブルが接続しているため、通信することができる（Ｓ２６）。

実施の形態３によれば、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に制御系で運転モードをバックアップのモードからセパレートのモードに切替ることにより、通信ケーブルが接続している待機系の通信プログラムが動作し、故障状態に移行させなくても通信が継続できるようになる。

実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図７において、１、２ａ、２ｂ、３、４、２１〜２５は図１におけるものと同一のものである。図７では制御系２ａの断線が復旧３３している。

図８は、この発明の実施の形態４による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。

実施の形態４は、実施の形態３のセパレートのモードで、断線した制御系２ａの通信ケーブルが復旧３３した時のものである。
図８で、制御系２ａの通信ケーブルが復旧した（Ｓ３１）時、ケーブル接続ステータス２４ａに通信ケーブルの復旧が格納される（Ｓ３２）。通信プログラム２３ａは、通信ケーブルの復旧を検出し（Ｓ３３）、トラッキングメモリ２５ａに通信ケーブル復旧３３をライト（Ｓ３４）後、系切替指令を出す（Ｓ３５）。
制御系２ａの通信プログラム２３ａの系切替指令により系切替が発生し、制御系２ａは新待機系、待機系２ｂは新制御系となる（Ｓ３６）。新制御系２ｂの通信プログラム２３ｂでは、トラッキングされた新待機系２ａの通信ケーブルの状態をトラッキングメモリ２５ｂからリードし、新待機系２ａの通信ケーブル復旧を検出する（Ｓ３７）。
その後、運転モードをセパレートのモードからバックアップのモードに切替える（Ｓ３８）。新制御系２ｂは、通信プログラム２３ｂにより通信を継続し（Ｓ３９）、新待機系２ａは、通信プログラム２３ａが停止するため、通信しない。

実施の形態４によれば、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出したことにより運転モードがセパレートのモードで、待機系が通信している状態のときに、制御系の通信ケーブルが復旧した場合、系切替指令により系切替を発生させ、新制御系で運転モードをセパレートのモードからバックアップのモードに変更することにより、二重化プログラマブルコントローラ本来の運転モードとなり、制御系・待機系の両系での通信はせず、それまで通信していた新制御系（旧待機系）のみで通信が継続できるようになる。

実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図９において、１、２ａ、２ｂ、３、４、２１〜２５は図１におけるものと同一のものである。図９では制御系２ａの通信ケーブルの断線が復旧３３し、待機系２ｂの通信ケーブルが断線３４している。
図９は、説明の便宜上、図１から二重化プログラマブルコントローラを抽出して説明する。

図１０は、この発明の実施の形態５による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。

実施の形態５は、実施の形態３のセパレートのモードで、さらに待機系２ｂの通信ケーブルが断線３４し、制御系２ａの通信ケーブルが復旧３３した時のものである。
図１０で、待機系２ｂの通信ケーブルが断線３４し（Ｓ４１）、ケーブル接続ステータス２４ｂに通信ケーブルの断線が格納される（Ｓ４２）と、通信プログラム２３ｂにより、通信ケーブルの断線が検出される（Ｓ４３）。通信プログラム２３ｂによりトラッキングメモリ２５ｂに通信ケーブル断線をライト（Ｓ４４）後、制御系２ａの通信ケーブルが復旧３３する（Ｓ４５）と、ケーブル接続ステータス２４ａに通信ケーブルの復旧が格納される（Ｓ４６）。
通信プログラム２３ａは、通信ケーブルの復旧３３を検出し（Ｓ４７）、通信プログラム２３ａによりトラッキングメモリ２５ａに通信ケーブル復旧をライト（Ｓ４８）し、トラッキングされた待機系２ｂの通信ケーブル状態を制御系２ａのトラッキングメモリ２５ａからリードする（Ｓ４９）。
制御系２ａの通信プログラム２３ａにより、待機系２ｂの通信ケーブル断線３４を検出すると、系切替指令を出さず（Ｓ５０）、したがって、運転モードを変更せず、制御系２ａの通信プログラム２３ａで通信し始める（Ｓ５１）ようにする。

実施の形態５によれば、制御系・待機系の双方で、通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出したことにより、運転モードがセパレートのモードでネットワークから縮退しているときに、制御系の通信ケーブル復旧した場合、系切替指令による系切替を発生させないことにより、通信ケーブルが復旧した制御系で通信ができるようになる。

実施の形態６．
図１１は、この発明の実施の形態６による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図１１において、１、２ａ、２ｂ、３、４、２１〜２５は図１におけるものと同一のものである。図１１では、待機系２ｂの通信ケーブルが断線から復旧３５している。

図１２は、この発明の実施の形態６による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。

実施の形態６は、実施の形態５のセパレートのモードの状態で、待機系２ｂの通信ケーブルが復旧３５した時のものである。
図１２で、セパレートのモードで動作中の待機系２ｂの通信ケーブルが復旧３５する（Ｓ６１）と、ケーブル接続ステータス２４ｂに通信ケーブルの復旧が格納される（Ｓ６２）。通信プログラム２３ｂは、通信ケーブルの復旧を検出する（Ｓ６３）と、通信プログラム２３ｂによりトラッキングメモリ２５ｂに通信ケーブル復旧をライトする（Ｓ６４）。制御系２ａの通信プログラム２３ａでは、トラッキングされた待機系の通信ケーブル状態を制御系２ａのトラッキングメモリ２５ａからリードし（Ｓ６５）、待機系の通信ケーブル復旧を検出して、運転モードをセパレートのモードからバックアップのモードに切替える（Ｓ６６）。
待機系２ｂの通信プログラム２３ｂは停止し、制御系２ａの通信プログラム２３ａにより通信を継続して行う（Ｓ６７）。

実施の形態６によれば、待機系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出したことにより、運転モードがセパレートのモードで、制御系が通信している状態のときに、待機系の通信ケーブルが復旧した場合、運転モードをバックアップのモードに変更することにより、二重化プログラマブルコントローラ本来の運転モードとなり、待機系の通信プログラムを動作させないようにして、制御系・待機系の両系での通信はせず、通信していた制御系のみで通信が継続できるようになる。

この発明の実施の形態１による二重化プログラマブルコントローラが接続される通信ネットワークシステムを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態２による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態２による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態３による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態３による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態４による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態４による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態５による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態５による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態６による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態６による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。

符号の説明

１ 監視装置
２ プログラマブルコントローラ
３ トラッキングケーブル
４ 通信ネットワーク
１１ ＣＰＵユニット
１２ 通信ユニット
１３ 通信プログラム
１４ ケーブル接続ステータス
２１ ＣＰＵユニット
２２ 通信ユニット
２３ 通信プログラム
２４ ケーブル接続ステータス
２５ トラッキングメモリ
３１ 断線
３２ 故障
３３ 復旧
３４ 断線

Claims (6)

1. ＣＰＵユニットと通信ユニットを有し、通信ネットワークに接続する第１及び第２のプログラマブルコントローラと、
   上記第1及び第２のプログラマブルコントローラの間を接続し、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブルとを備え、
   上記第１または上記第２のプログラマブルコントローラの一方が制御系のプログラマブルコントローラであり、もう一方が待機系でのプログラマブルコントローラであり、
   上記待機系のプログラマブルコントローラで上記通信ユニットが動作しないバックアップのモードと、上記待機系のプログラマブルコントローラで上記通信ユニットが動作するセパレートのモードとの２つの運転モードを有し、運転モードの切り替えは上記制御系のプログラマブルコントローラにより行われる二重化プログラマブルコントローラであって、
   二重化プログラマブルコントローラがバックアップのモードで動作している時に、上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが故障状態に移行して、この故障状態への移行により制御系と待機系を切り替えることを特徴とする二重化プログラマブルコントローラ。
2. 上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出し、かつ、上記待機系のプログラマブルコントローラが故障状態である場合には、上記制御系のプログラマブルコントローラが故障状態に移行しないことを特徴とする請求項１に記載の二重化プログラマブルコントローラ。
3. ＣＰＵユニットと通信ユニットを有し、通信ネットワークに接続する第１及び第２のプログラマブルコントローラと、
   上記第１及び第２のプログラマブルコントローラの間を接続し、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブルとを備え、
   上記第１または上記第２のプログラマブルコントローラの一方が制御系のプログラマブルコントローラであり、もう一方が待機系でのプログラマブルコントローラであり、
   上記待機系のプログラマブルコントローラで上記通信ユニットが動作しないバックアップのモードと、上記待機系のプログラマブルコントローラで上記通信ユニットが動作するセパレートのモードとの２つの運転モードを有し、運転モードの切り替えは上記制御系のプログラマブルコントローラにより行われる二重化プログラマブルコントローラであって、
   二重化プログラマブルコントローラがバックアップのモードで動作している時に、上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが上記運転モートをセパレートのモードに変更することを特徴とする二重化プログラマブルコントローラ。
4. 上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した後に通信ネットワークへ接続できることを検出した場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが新たな上記待機系になり、上記待機系のプログラマブルコントローラが新たな制御系となった後に、新たな上記制御系プログラマブルコントローラが運転モードをバックアップのモードに変更することを特徴とする請求項３に記載の二重化プログラマブルコントローラ。
5. 上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した後に通信ネットワークへ接続できることを検出した際に、上記待機系のプログラマブルコントローラが上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出している場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが制御系のままであり、セパレートのモードを維持することを特徴とする請求項３に記載の二重化プログラマブルコントローラ。
6. 上記待機系のプログラマブルコントローラが上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した後に通信ネットワークへ接続できることを検出した場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが上記運転モードをセパレートのモードに変更することを特徴とする請求項５に記載の二重化プログラマブルコントローラ。

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