JP2010206622A - 遠隔監視制御システム、および、その監視制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔監視制御システムにおいて、複数の遠隔監視制御をおこなう親局があった場合に、どの親局が遠隔制御の権限を有するかを明確にすることにより、子局に対して制御の矛盾が生じるのを防止し、通信異常や、停電発生時の異常が発生した場合にも、制御を継続できるようにする。
【解決手段】親局は、設備の監視制御をおこなう子局の監視制御装置に対して制御要求信号を送信して、制御の指令を与える子局では、制御要求信号の応答信号に、制御可能な親局を設定して応答する。その際に、制御要求信号に含まれるシステムに一意的な順序番号を参照して、後に出された制御要求信号の示す親局を設定する。親局側では、子局から制御可能な親局を設定された親局を選択して、制御をおこなうようにする。また、子局では、制御要求信号の生存信号、停電信号などにより、親局が制御可能か否かを判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠隔監視制御システム、および、その監視制御装置に係り、特に上下水道の給水、配水設備や、産業用の生産設備を遠隔監視制御に関する技術であって、特に、複数の親局監視制御装置が配備されているときに、親局の監視制御装置から子局の監視制御装置の制御の指令に一貫性を持たせて矛盾を起こすことのない遠隔監視制御システム、および、その監視制御装置に関する。

従来、上下水道の給水、配水設備や、産業用の生産設備を制御し、監視するシステムとしては、設備の近い位置に、子局の監視制御装置を置き、監視センタ側に、それと通信回線により接続された親局の監視制御装置を置き、親局の監視制御装置から監視と制御をおこなうシステムが知られている。例えば、特許文献１には、親局装置が、子局から情報の特異性、緊急度、優先度、関連性を判断し、子局情報から即応性を要する異常を検出したときに、予め自動的に子局に対して制御指令を創出するシステムが開示されている。

このような遠隔監視制御システムにおいては、従来は親局を１局だけ持つように構築するのが一般的な構成であった。これは、通信回線に専用回線を利用し、親局の監視制御装置と子局の監視制御装置との間で１対１の通信していたためである。ところが、近年、上下水道の給水、配水設備などの産業設備の遠隔監視制御システムにおいても１対多、または、多対多の多重通信を利用することが始まった。これにより、多対多の遠隔制御をどのように実施するかの解決方法を提供することが求められる。

特開２０００−３９９１５公報

遠隔監視制御をする局を複数持つと、例えば、設備故障時に設備保全の担当者が監視制御装置の設置してある中央監視室から離れた場合に、中央監視室とは別に広域の遠隔制御をバックアップして実施する遠隔制御センターからの遠隔制御が可能になる。また、ある局が通信回線の異常や停電で使用不可能になった場合でも、代替えの遠隔監視と制御をおこなう局を有するような二重化したシステムを構築することが可能となる。

しかしながら、ある子局に対して複数の遠隔監視制御をおこなう親局から、遠隔制御を可能とした場合には、複数の遠隔監視制御をおこなう親局から同時に遠隔制御がおこなわれることになる。このように、複数の遠隔監視制御をおこなう親局から子局に対する制御を許すと、互いに矛盾した内容の制御を実行する恐れがある。例えば、一方の親局で水門を開く制御を指令しているのに対して、もう一方の制御局で水門を閉じる制御を指令する場合がある。このような遠隔制御を実施した場合に、遠隔制御される設備の動作は不安定になり、危険を生じる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、複数の遠隔監視制御をおこなう親局があった場合に、どの親局が遠隔制御の権限を有するかを明確にすることにより、子局に対して制御の矛盾が生じるのを防止し、通信異常や、停電発生時の異常が発生した場合にも、制御を継続できる遠隔監視制御システムを提供することにある。

本発明の遠隔監視制御システムは、監視制御対象の設備と接続され、監視制御対象の設備に対して監視と制御をおこなう子局の監視制御装置と、子局の監視制御装置とネットワークを介して接続され、子局の監視制御装置に対して制御要求信号を送信して、制御の指令を与える複数の親局の監視制御装置とで構成する。

その際に、子局の監視制御装置は、制御要求信号の応答信号に、制御可能な親局の監視制御装置を設定して応答する。親局側では、その応答信号に設定された親局を制御可能な親局として選択する。これにより、親局と子局との間で遠隔制御をおこなうことによる矛盾を防ぎ、遠隔制御の安全を図ることができる。

また、親局の監視制御装置から送信される制御要求信号には、時間的に後に発信された制御要求信号ほど大きくなる制御権を示す順序番号が含まれている。親局では、前に使用した制御権を示す順序番号をカウントアップした番号を制御権を示す順序番号に設定した子局に送信する。子局では、その制御権を示す順序番号の一番大きい制御要求信号の示す親局を、制御可能な親局として選択する。これにより、最新なシステムの状況を反映した親局の選択が可能になる。

また、子局では、親局の生存信号から、その親局が制御可能でないとき、または、その親局の停電信号を受信したときには、その親局を、制御可能な親局として選択せずに、別の親局の監視制御装置を選択するようにする。これにより、停止して制御不可能な親局の監視制御装置を選択することがなくなり、システムの安定性が向上する。

本発明により、複数の親局の監視制御装置から子局の遠隔監視制御システムに対して遠隔制御を実施しようとした場合に、子局から制御可能として選択された親局の監視制御装置の一局だけが、子局に対して遠隔制御が実施でき、遠隔制御の安全性を確保することができる。

また、親局の監視制御装置の停電や通信異常があった場合には、制御する親局が切り替わるため、円滑な遠隔制御の親局での間の移行が可能になる。また、時間的に後からの制御要求が優先されるため、同時に二箇所からの遠隔制御をふせぎながら、最初に実施した制御要求に対して、別の親局の監視制御装置から訂正する遠隔制御が可能となる。

また、従来は、中央監視装置の設置場所が一箇所だけであったが、本発明では、複数の親局とそれの監視と制御をおこなうため中央監視装置を複数設置できるため、広い範囲の遠隔監視と遠隔制御をバックアップする集中管理センター等の運営が可能となる。さらに、遠隔監視局を異なる場所に複数台準備しておき、一方を主とする遠隔監視局、他方をバックアップする遠隔監視局とする二重化した構成のシステムを構築することが可能となる。

本発明によれば、複数の遠隔監視制御をおこなう親局があった場合に、どの親局が遠隔制御の権限を有するかを明確にすることにより、子局に対して制御の矛盾が生じるのを防止し、通信異常や、停電発生時の異常が発生した場合にも、制御を継続できる遠隔監視制御システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る遠隔監視制御システムの構成図である。 監視制御装置のハードウェア構成図である。 親局から子局への制御要求信号のフォーマットを表す図である。 子局から親局への要求応答信号のフォーマットを表す図である。 本発明の一実施形態に係る遠隔監視制御システムの処理を示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図５を用いて説明する。

先ず、図１を用いて本発明の一実施形態に係る遠隔監視制御システムの構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る遠隔監視制御システムの構成図である。

本実施形態の遠隔監視制御システムは、親局１、２、…の監視制御装置１０１、１０２、…と、子局の１、２、…の監視制御装置３０１、３０２、…とがネットワーク２００で接続された構成である。

中央側には、親局１、２、…の監視制御装置１０１、１０２、…とが配されており、モデム１１１、１１２…を介して、ネットワーク２００と接続されている。親局は、子局から制御のための情報を収集して、子局に制御の指令を与える役割を有する。親局１の通信モジュール１２１は、コネクタによりモデムと中央監視装置１に接続されている。通信モジュールと中央監視装置とのインタフェースは、例えば、イーサネット（Ethernet、登録商標）などのＬＡＮインタフェースである。モデム側の配線は、ブロードバンド回線などの公衆回線により子局１、２、…と通信するためのものである。中央監視装置１（１３０）は、システムの監視と制御の指示を管理者がおこなうための装置である。図１のシステムの例では、親局２の監視制御装置１０２にも、中央監視装置２（１３１）が接続されており、中央監視装置１と同様の監視と制御の指示をおこなうことができる。

一方、子局側には、子局１、２、…の監視制御装置３０１、３０２、…とが配されており、モデム３１１、３１２を介して、ネットワーク２００と接続されている。子局は、監視対象設備から情報を収集し、親局からの制御の指令を受けて、設備に制御の指令を与える役割を有する。この図１のシステムの例では、子局１の通信モジュール３０１のコネクタには、水中ポンプ３３０、子局２の通信モジュール３０２のコネクタには、モータ３３１、子局３の通信モジュール３０３のコネクタには、配水池設備３３２が接続されており、それぞれ監視と制御の対象になっている。通信モジュールと各設備のインタフェースは、例えば、イーサネットなどのＬＡＮインタフェースやＵＳＢインタフェースを用いることができる。

また、中央側以外にも、モデム５４１を介して監視モニタ５３０が接続されている。監視モニタ５３０は、中央監視装置とは異なり子局に対して制御の指示を与えることはできないが、システムの状態をモニタしており、作業員や管理者はその情報を見ることができる。

次に、図２を用いて監視制御装置のハードウェア構成について説明する。
図２は、監視制御装置のハードウェア構成図である。

本実施形態の監視制御装置は、ハードウェア的には、親局と子局で共通の装置を用いるものとして説明する。監視制御装置は、図２に示されるように、ＣＰＵ５０１、メモリ５０２、送受信部５０３が、バス５００により接続されており、送受信部５０３は、ＬＡＮＩ／Ｆ部５０４、モデムＩ／Ｆ部５０５が接続されている。

メモリ５０２は、ワークデータやシステム情報、制御プログラム５１０を保持している。ＣＰＵ５０１は、この制御プログラムを実施することにより、各種の制御と他の局および各設備の情報収集と制御をおこなう。送受信部５０３は、ＣＰＵ５０１からの指示を受けて、ＬＡＮＩ／Ｆ部５０４、モデムＩ／Ｆ部５０５を介して、他の局や各設備と通信をおこなう。ＬＡＮＩ／Ｆ部５０４は、親局の場合には、中央監視装置と接続され、子局の場合には、監視制御対象の設備と接続される。

次に、図３ないし図５を用いて本実施形態に係る遠隔監視制御システムの動作について説明する。

先ず、図３および図４に示された信号のデータ構造について説明する。
図３は、親局から子局への制御要求信号のフォーマットを表す図である。
図４は、子局から親局への要求応答信号のフォーマットを表す図である。

制御要求信号は、親局から子局に対して制御の要求をおこなうための信号である。

制御要求信号のＢＩＴ１４は、制御開始／終了のフラグであり、ＢＩＴ１４＝１のとき、「制御開始」とし、ＢＩＴ１４＝１のとき、「制御開始」とし、ＢＩＴ１４＝０のときは、「制御終了」とする。子局は、このビットがＯＮのときに、制御を開始する。また、このビットが「制御開始」を示した制御要求信号が来た後に、「制御終了」の制御要求信号が来たときには、制御を終了する。

制御要求信号のＢＩＴ１３は、制御権要求のフラグであり、ＢＩＴ１３＝１のとき、この制御要求信号を発信した親局が、受信した子局に対して制御権の要求をしていることを示す。

制御要求信号のＢＩＴ１２，１１は、制御要求信号を発信した親局の番号が入る領域である。このフォーマットの例では、２ｂｉｔが使われているので、４台の親局を指定することができる。

制御要求信号のＢＩＴ１０，９，８は、子局が親局を指定する際に使われるカウンタである親局制御権番号が格納される領域である。この親局制御権番号は、全ての親局で共通のシステムで一意的に定まる番号である。子局は、制御要求信号を複数受け取った場合に、この親局制御権番号を参照することにより、どちらの制御要求信号を優先して実行するかを定める。優先度は、例えば、数の大きい親局制御権番号を優先するように定めて置く。中央側では、毎回、親局制御権番号を全ての親局が参照でき、書き込み可能な領域に記憶し、保持して置く。そして、親局が制御要求信号を発信するときには、前の親局制御権番号を読み取って、それに、１カウントアップしてものを親局制御権番号として、子局に対して指令する。これにより、後に発信された制御要求信号が子局に対して優先されるようにすることができる。

制御要求信号のＢＩＴ７〜０は、親局生存信号が格納される領域である。親局生存信号の領域には、各親局ごとに、一定時間ごとに定期的にカウントアップされた番号が格納されて送られてくる。子局では、この値を定期的にチェックして、一定時間、例えば、数秒間、親局からの更新がないときには、親局かまたは途中の通信回線などにトラブルがあり、通信されていないことを知ることができる。

応答信号は、制御要求信号を受けたときに、子局から制御可能な親局を指定して応答する信号である。

応答信号のＢＩＴ１４は、制御開始／終了のフラグであり、これは、親局から受けた制御要求信号の制御開始／終了のフラグのコピーが入る。

応答信号のＢＩＴ１３は、制御ＯＫフラグであり、この応答信号を発信する子局が制御可能であることを示す。ＢＩＴ１３＝１のとき、この応答信号を発信する子局が制御可能であるものとする。

応答信号のＢＩＴ１２，１１は、制御可能親局の番号が格納する領域であり、この応答信号を発信する子局を制御可能な親局を、子局側から指定する領域である。このフォーマットの例では、２ｂｉｔが使われているので、４台の親局を指定することができる。制御可能親局の指定の仕方は、後に詳細に説明する。

応答信号のＢＩＴ１０，９，８は、親局制御権番号が格納される領域であり、制御要求信号の親局制御権番号のコピーが入る。

応答信号のＢＩＴ７〜０は、親局生存信号が格納される領域であり、制御要求信号の親局生存信号のコピーが入る。

次に、上記の図３および図４と、図５を用いて本実施形態に係る遠隔監視制御システムの動作について説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係る遠隔監視制御システムの処理を示すタイミングチャートである。

本実施形態では、図１のようなシステム構成の下で、親局の監視制御装置から子局の監視制御装置に制御指令を与えるものである。

本システムは、複数の親局が接続されているが、子局を制御するのは、その内の一台のみであるものとして、他の親局は、制御をおこなわないものとする。そして、制御可能な親局に、停電、故障等のトラブルがあったときには、他の親局に制御を切り替えるものとする。これは、中央監視装置で手動で切り替えてもよいし、親局１の次には、親局２というように自動的に切り替わるようにしてもよい。

先ず、親局の監視制御装置は、子局の監視制御装置に対して、図２に示された制御要求信号を送信する（Ｓ２１）。制御要求信号は、定期的に送信されるものとする。

その際に、親局では、ＢＩＴ１４の制御開始／終了と、ＢＩＴ１３の制御権要求には、必要な制御値を入れる。例えば、親局で停電などを検知したときには、制御権要求には、ＢＩＴ１３＝０として、制御権を要求しないようにする。

ＢＩＴ１２，１１の親局番号には、その親局の番号を入れる。

ＢＩＴ１０，９，８の親局制御権番号には、これまで使われてきた親局制御権番号を１カウントアップした値を格納する（Ｓ０１）。親局制御権番号は、上述のようにシステムで一意的に定まるものとする。これにより、システムで出された制御要求信号の時間的な順序を子局側で判断できるようになる。

ＢＩＴ７〜０の親局生存信号には、各親局ごとに前の制御要求信号で使われた値を、１カウントアップした値を入れる（Ｓ０２）。制御要求信号は、親局側から定期的に送信されてくるので、子局側は、一定時間以上、親局生存信号がカウントアップされないときには、その親局からは、制御要求信号が発信されておらず、制御不能になっていることがわかる。

次に、子局の監視制御装置は、親局からの制御要求信号をネットワーク２００を介して受信する。そして、応答信号を作成して、その応答信号をネットワーク２００を介して親局側に送信する（Ｓ２２）。

応答信号のＢＩＴ１４の制御開始／終了のフラグには、親局から受けた制御要求信号の制御開始／終了のフラグのコピーが入る。

ＢＩＴ１３の制御ＯＫフラグであり、この応答信号を発信する子局が制御可能であるときには、ＢＩＴ１３＝１を入れる。また、子局が停電や故障を検知しているときには、ＢＩＴ１３＝０を入れる。

ＢＩＴ１２，１１の制御可能親局には、その子局に対して制御可能な親局を決定し、その番号を入れる（Ｓ３１）。

制御可能親局を決定するルールは、以下の通りである。
（Ｒ１）親局生存信号からその親局が制御可能であると判断できること
制御要求信号は、一定時間ごとに送信されており、親局生存信号は、そのたびにカウントアップされた値が送られてくるので、子局は、その値をコピーしておき、一定時間以上、更新されていないときには、親局かまたは親局とその子局との通信になんらかの異常があったことがわかる。

また、親局の監視制御装置に停電があったときには、子局に対して停電信号が送信されてくる。子局では、停電信号により、ある親局の監視制御装置が停電したことを検知したときは、その親局を制御可能な親局として選択しない。
（Ｒ２）親局制御権番号が、一番大きい制御要求信号を送信した親局を優先して選択する
上述のように、親局制御権番号は、システムに一意的であり、ある親局が制御要求信号を発信するときには、前に使用された親局制御権番号をカウンタアップして利用する。子局では、一番大きい制御要求信号を送信した親局（ＢＩＴ１２，１１の親局番号に該当する親局）を制御可能親局と指定することにより、「後出し」優先のルールを適用する。これより、最新のシステムの状況を反映した適切な親局を選択することができる。
（Ｒ３）その子局に対して制御権を要求していること
親局に停電や故障のトラブルがあったときには、制御権要求のフラグのＢＩＴ１３＝０となった制御要求信号が送られてくる。
（Ｒ４）制御要求信号の制御開始／終了が、「制御終了」となっていること
「制御開始」となっていることは、制御が始まっていることを示しているため、そのような状態にあるときには、システムの安定性を保つため、制御している親局は、切り替えない。
（Ｒ５）上記のルール（Ｒ１）〜（Ｒ４）に該当しないときには、制御可能親局は、前に選択した親局を選択する
切り替える条件に該当しないときには、前に制御可能親局として選択した親局の値を保持して、それを利用すればよい。

次に、親局側では、子局からの応答信号をネットワーク２００を介して受信し、該当する親局が制御を開始する。

親局が制御を開始する手順は、以下の通りである。

応答信号の制御可能親局に選ばれた親局（Ｓ０３）が、制御開始を要求するために、子局に対して制御開始信号を送信する（Ｓ２３）。

制御開始信号を受信した子局は、制御開始信号に対する応答信号を親局に送信する（Ｓ２４）。

親局が、制御開始信号を受信すると、子局に対して制御信号を送信する（Ｓ２５）。

制御信号を受信した子局は、受信した制御信号に基づき、設備に対する制御を開始する（Ｓ３２）。

なお、通信可能な子局の内、複数から制御要求信号に対する応答信号を受信したときには、その内の一つ、例えば、子局の番号の一番小さい子局の応答信号の制御可能親局に指定された親局を、制御の親局とする。

また、子局の監視制御装置に停電があったときには、親局に対して停電信号が送信されてくる。親局では、停電信号により、ある子局の監視制御装置が停電したことを検知したときは、その子局の監視制御装置に対して、制御要求信号などの信号の送信を停止する。

さらに、子局の監視制御装置から送られてくる信号として、子局の生存を確認するカウントアップ信号がある。子局の監視制御装置から送られてくる信号は、一定時間ごとに送られてくるので、一定時間以上、カウントアップ信号の示す値がカウントアップされないときには、その子局が制御不可能な状態になっていることがわかる。このようなときにも、親局は、その子局の監視制御装置に対して、制御要求信号などの信号の送信を停止する。

以上のように、子局が、制御要求信号に指定された親局制御番号と、親局生存信号を参照して、制御可能親局を指定して、制御する親局を決めることにより、システムで制御する親局を切り替えたときでも、制御の矛盾をおこすことなく、アクティブな親局を制御に使うことができるので、システムの信頼性を向上させることができる。

１０１〜１０４…監視制御装置（親局）、１１１〜１１４…モデム、１２１〜１２４…通信モジュール、３０１、３０２…監視制御装置。

２００…ネットワーク、５３０…監視モニタ、５３１…モデム。

３０１〜３０４…監視制御装置（子局）、３１０〜３１４…モデム、３２１〜３２４…通信モジュール、３０１、３０２…監視制御装置。

３３０…水中ポンプ、３３１…モータ、３３２…配水池設備。

Claims (12)

1. 監視制御対象の設備と接続され、監視制御対象の設備に対して監視と制御をおこなう子局の監視制御装置と、
   前記子局の監視制御装置とネットワークを介して接続され、前記子局の監視制御装置に対して制御要求信号を送信して、制御の指令を与える複数の親局の監視制御装置とを有する遠隔監視制御システムにおいて、
   前記制御要求信号を受信した子局の監視制御装置が、その子局の監視制御装置に対して一つの制御可能な親局の監視制御装置を応答信号に設定して、前記応答信号を親局に送信することを特徴とする遠隔監視制御システム。
2. 前記親局の監視制御装置から送信される制御要求信号には、時間的に後に発信された制御要求信号ほど大きくなる制御権を示す順序番号が含まれ、前記制御要求信号を受信した子局の監視制御装置は、前記順序番号に基づき、順序番号の一番大きい制御要求信号に含まれる親局番号の示す親局の監視制御装置を、前記制御可能な親局の監視制御装置として定めることを特徴とする請求項１記載の遠隔監視制御システム。
3. 前記親局の監視制御装置から送信される制御要求信号には、カウントアップされる親局生存信号が含まれ、複数の前記制御要求信号を受信した子局の監視制御装置は、親局生存信号が一定時間更新されないときには、その親局生存信号の示す親局の監視制御装置を、前記制御可能な親局の監視制御装置として定めないことを特徴とする請求項１記載の遠隔監視制御システム。
4. 前記子局の監視制御装置が、自局の停電、故障を検出したときには、前記応答信号として、制御不可であることを応答することを特徴とする請求項１記載の遠隔監視制御システム。
5. 監視制御対象の設備と接続され、監視制御対象の設備に対して監視と制御をおこなう子局の監視制御装置において、
   前記子局の監視制御装置は、前記子局の監視制御装置に対して制御要求信号を送信して、制御の指令を与える複数の親局の監視制御装置と、ネットワークを介して接続され、
   前記制御要求信号を受信した際に、その子局の監視制御装置に対して一つの制御可能な親局の監視制御装置を応答信号に設定して、前記応答信号を親局に送信することを特徴とする監視制御装置。
6. 前記親局の監視制御装置から送信される制御要求信号には、時間的に後に発信された制御要求信号ほど大きくなる制御権を示す順序番号が含まれ、前記制御要求信号を受信した子局の監視制御装置は、前記順序番号に基づき、順序番号の一番大きい制御要求信号に含まれる親局番号の示す親局の監視制御装置を、前記制御可能な親局の監視制御装置として定めることを特徴とする請求項５記載の監視制御装置。
7. 前記親局の監視制御装置から送信される制御要求信号には、カウントアップされる親局生存信号が含まれ、複数の前記制御要求信号を受信した子局の監視制御装置は、親局生存信号が一定時間更新されないときには、その親局生存信号の示す親局の監視制御装置を、前記制御可能な親局の監視制御装置として定めないことを特徴とする請求項５記載の監視制御装置。
8. 前記親局の監視制御装置の停電信号を受信したときに、その停電信号の示す親局の監視制御装置を、前記制御可能な親局の監視制御装置として定めないことを特徴とする請求項５記載の監視制御装置。
9. 自局の停電、故障を検出したときには、前記応答信号として、制御不可であることを応答することを特徴とする請求項５記載の監視制御装置。
10. 監視制御対象の設備と接続され、監視制御対象の設備に対して監視と制御をおこなう子局の監視制御装置とネットワークを介して接続され、前記監視制御装置の子局に対して制御要求信号を送信して、制御の指令を与える複数の親局の監視制御装置において、
    前記子局の監視制御装置から、前記制御要求信号の応答信号に設定された一つの制御可能な親局の監視制御装置に該当する親局の監視制御装置だけが、前記子局の監視制御装置に対して制御をおこなうことを特徴とする監視制御装置。
11. 前記制御要求信号には、時間的に後に発信された制御要求信号ほど大きくなる制御権を示す順序番号が含まれ、前記親局の監視制御装置は、前に発行された制御権を示す順序番号をカウントアップした値を、前記制御要求信号に設定することを特徴とする請求項１０記載の監視制御装置。
12. 前記子局の監視制御装置の停電信号を受信したとき、または、一定時間以上、前記子局の監視制御装置からカウントアップ信号を受信しないとき、該当する子局の監視制御装置に対して、前記制御要求信号を送信しないことを特徴とする請求項１０記載の監視制御装置。

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