JP4252572B2 - プログラマブルコントローラ - Google Patents

Description

この発明は、汎用通信プロトコル機能とコンピュータリンク専用プロトコル機能の使い分けをすることができるシリアルポートを備えたプログラマブルコントローラに関するものである。

一般に、プログラマブルコントローラに要求されるシリアル通信にはコンピュータリンク専用プロトコルと汎用通信プロトコルがある。コンピュータリンク専用プロトコルは、アクセスする伝文がヘッダとアプリケーションデータで構成されたものに固定化されおり、プログラマブルコントローラは相手機器（計測器やパソコン等）から送られてくる固定化された指令に基づいてデータ送受信を行っているためユーザプログラムを必要としないプロトコルである。このため、コンピュータリンク専用プロトコルはプログラマブルコントローラにユーザプログラムを作成することなく、コンピュータ等の相手機器からプログラマブルコントローラのデバイスデータやユーザプログラムの読出し／書込みを行うことやプログラマブルコントローラ設備の状態を監視することを可能としている。
一方、汎用通信プロトコルは、相手機器の仕様に合わせた任意の伝文フォーマットでデータ通信を行うことができるため、プログラマブルコントローラと他のシリアルポートを備えた相手機器の通信を可能としている。このため、プログラマブルコントローラと他のシリアルポートを備えた相手機器とが通信を行うためには、通信相手機器に合わせた通信制御用のシーケンスプログラムを作成する必要がある。
従来、プログラマブルコントローラにシリアルポートを多数設けると高コストになり、プログラマブルコントローラ自体も大きくなってしまうという問題があった。このため、プログラマブルコントローラはコンピュータリンク専用プロトコルと汎用通信プロトコルのいずれか１つの機能を備えるものであった。
特許文献１に記載のプログラマブルコントローラによれば、コンピュータリンク専用プロトコルと汎用通信プロトコルの両方の機能を使えるよう、プログラマブルコントローラ内にシリアルポートを使い分けるためのパラメータを書き込むパラメータエリアを設けている。そして、このパラメータエリアに汎用通信機能とコンピュータリンク機能との何れかを選択設定するパラメータを設定し、これによってシリアルポートの通信制御機能を切り替えている。
特許文献２に記載のプログラマブル表示器によれば、プログラマブル表示器がパーソナルコンピュータと通信を行う通信モードとプログラマブル表示器がＰＬＣと通信を行う通信モードとを切り替えるため、プログラマブル表示器が通信モードを切り替えるための通信ミドルウェアを備えている。
そして、プログラマブル表示器内のシリアルポートに接続されたパーソナルコンピュータからの設定信号によって、通信ミドルウェアが通信モードを切り替えている。
特許第３２３４２４０号公報 特開２００２−１５７０１４号公報

しかしながら、上記前者の従来技術では、新しく設けたパラメータエリアによって用途を設定すると設定された内容で用途が固定的に限定されてしまい、シリアルポートの用途を動的に切り替えることができなかった。このため、シリアルポートの通信制御処理を切り替えることによってコンピュータリンク機能と汎用通信機能の両方を使用することができないといった問題があった。
また、上記後者の従来技術ではミドルウェア自身によって通信制御方式を変更することができず、パーソナルコンピュータの操作によってプログラマブル表示器の通信制御方式切り替えるためプログラマブル表示器とは別にパーソナルコンピュータが必要であるといった問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、プログラマブルコントローラ自身で汎用通信プロトコル機能と専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能のいずれかを随時選択設定可能なプログラマブルコントローラを提供することを目的としている。

本発明にかかるプログラマブルコントローラにあっては、１つ以上のシリアル通信用のシリアルポートを備えたプログラマブルコントローラにおいて、前記シリアルポートを、相手機器の仕様に合わせて通信を行う汎用通信プロトコルが処理可能な第１の状態、固定化された仕様に基づいて通信を行うコンピュータリンク専用プロトコルが処理可能な第２の状態、およびアイドル状態の３つの状態に使い分ける切り換え手段を備え、前記切り換え手段は、前記シリアルポートがアイドル状態のときには、汎用通信プロトコル用のプログラム中のシリアルポートを初期化する命令によってシリアルポートを前記第１の状態に切り換え、外部機器から前記コンピュータリンク専用プロトコルを用いた通信を開始するための信号を前記シリアルポートが受信した場合はシリアルポートを前記第２の状態に切り換え、前記シリアルポートが第１の状態のときには、前記汎用通信プロトコル用のプログラム中のシリアルポートを閉じる命令によってシリアルポートをアイドル状態に切り換え、前記シルアルポートが第２の状態のときには、前記コンピュータリンク専用プロトコルを用いた外部機器との通信が完了した後にシリアルポートをアイドル状態に切り換えることを特徴とする
この発明によれば、プログラマブルコントローラのシリアルポートが汎用通信プロトコル機能と専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能のいずれかを使い分けるための切り換え手段を備えているので、汎用通信プロトコル機能と専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能を使い分けるためのパラメータを逐次設定する必要がなくなる。

第１図は、本実施の形態のプログラマブルコントローラの回路構成を示す図であり、第２図は、シリアルポート６を初期化する命令を示すラダープログラムであり、第３図は、シリアルポート６を使用した汎用通信における送信命令を示すラダープログラムであり、第４図は、シリアルポート６を使用した汎用通信における受信命令を示すラダープログラムであり、第５図は、シリアルポート６の使用を終了する命令のラダープログラムであり、第６図は、ポートナンバーを指定してシリアルポート６を初期化する命令を示すラダープログラムであり、第７図は、状態ＳＱ格納エリアに格納された状態シーケンスの遷移内容を示す状態遷移図であり、第８図は、コンピュータリンク専用プロトコルで使用する通信フレームの一例を示した図であり、第９図は、汎用通信プロトコルの命令実行時における処理手順を示したフローチャートである。

以下に、本発明にかかるプログラマブルコントローラの実施の形態を図面に従って詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
第１図は、本発明にかかるプログラマブルコントローラの回路構成を示す図である。第１図においてプログラマブルコントローラは、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、ユーザプログラムメモリ部４、Ｉ／Ｏインタフェース部５、１〜複数のシリアルポート６からなり、シリアルポート６はコンピュータ９や外部機器１０とシリアルケーブル１１によって電気的に接続されている。なお、１つの外部機器１０等に対して１つのシリアルポート６が接続されるものとする。
ＣＰＵ１は、プログラマブルコントローラ全体の信号処理行うものであり、ＲＯＭ２は、システムプログラム等の後述するコンピュータリンク専用プロトコルや後述する汎用通信プロトコル等の実施処理手順を格納している。
ＲＡＭ３は、ワークエリアやシーケンスプログラムの動作を規定するパラメータを格納している。また、ＲＡＭ３は通信時の受信データを一時的に格納する受信データ格納エリア３０と通信時の送信データを一時的に格納する送信データ格納エリア３１を備えている。また、ＲＡＭ３は通信時に使用する命令のパラメータを引数として格納するためのデバイスメモリ３２を備えている。ここでのデバイスメモリ３２はプログラマブルコントローラのユーザがユーザプログラムメモリ部４に格納されたユーザプログラムにおいて自由に使用することができるメモリであり、プログラム演算によって一時的に発生したデータやヒストリカルトレンドデータ等を格納している。さらに、ＲＡＭ３内にはシリアルポート６の使用状況を示す状態シーケンスを格納する状態ＳＱ格納エリア３３を備えている。
ユーザプログラムメモリ部４は、シリアルポート６の汎用通信プロトコルと専用手順によるコンピュータリンク専用プロトコルを使い分けるためのユーザプログラムを格納している。ここで、コンピュータリンク専用プロトコルは、アクセスする伝文がヘッダとアプリケーションデータで構成されたものに固定化されおり、プログラマブルコントローラは相手機器（計測器やパソコン等）から送られてくる固定化された指令に基づいてデータ送受信を行っているためユーザプログラムを必要としないプロトコルである。一方、汎用通信プロトコルは、相手機器の仕様に合わせた任意の伝文フォーマットでデータ通信を行うことができるものであり、プログラマブルコントローラと他のシリアルポートを備えた相手機器の通信を可能とするプロトコル。
Ｉ／Ｏインタフェース部５は、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、ユーザプログラムメモリ部４とその他の周辺回路を接続している。
また、ＣＰＵ１、ＲＯＭ２、ＲＡＭ３、ユーザプログラムメモリ部４、Ｉ／Ｏインタフェース部５はそれぞれ信号線７で電気的に接続されており、互いに信号のやり取りを行える構成となっている。
シリアルポート６は、シリアルケーブル１１を介してコンピュータ９や外部機器１０と接続されており、プログラマブルコントローラとコンピュータ９や外部機器１０の間で種々の情報のやり取りを行うものである。また、シリアルポート６とＩ／Ｏインタフェース部５は信号線８で電気的に接続されており、互いに信号のやり取りを行える構成となっている。また、シリアルポート６は、コンピュータ９や外部機器１０との間で行われる専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル通信と汎用通信プロトコルの切り換えを可能とする制御機能を備えている。
つぎに、ユーザプログラムメモリ部４に格納されている汎用通信プロトコル用のラダープログラムについて説明する。第２図は、シリアルポート６を初期化する命令を示すラダープログラムである。第２図においてＭ０はＯＰＥＮ命令の起動信号である。起動信号Ｍ０のＯＮによってＯＰＥＮ命令が実行され、シリアルポート６を使用する宣言が行われる。
第３図は、シリアルポート６を使用した汎用通信における送信命令のラダープログラムである。第３図において、Ｍ１は送信命令の起動信号であり、引数デバイスＳ１と引数デバイスＳ２はＲＡＭ３内に存在するデバイスメモリ３２空間内の任意のデバイス番号である。起動信号Ｍ１のＯＮでＯＵＴＰＵＴ命令が実行され、引数デバイスのＳ１以降に格納されたデータを、引数デバイスＳ２に格納されたデータ数の数だけシリアルポート６を介してコンピュータ９や外部機器１０に送信する（データ出力をする）。ここで、汎用通信プロトコルを用いて外部機器１０等と通信を行う際にシリアルポート６が送信する送信データは送信データ格納エリア３１に一時的に格納された後、外部機器１０へ送信されるものとする。
第４図は、シリアルポート６を使用した汎用通信における受信命令のラダープログラムである。第４図において、Ｍ２は受信命令の起動信号であり、引数デバイスＤ１と引数デバイスＤ２はＲＡＭ３内に存在するデバイスメモリ３２空間内の任意のデバイス番号である。起動信号Ｍ２のＯＮでＩＮＰＵＴ命令が実行され、シリアルポート６を介してコンピュータ９や外部機器１０から受信したデータを引数デバイスのＤ１以降のデバイスメモリ３２に格納し、受信されたデータ数を引数デバイスのＤ２に格納する。ここで、汎用通信プロトコルを用いて外部機器１０等と通信を行う際にシリアルポート６が受信する受信データは受信データ格納エリア３０に一時的に格納された後、外部機器１０へ送信されるものとする。
第５図は、シリアルポート６の使用を終了する命令を示すラダープログラムである。第５図においてＭ３はＣＬＯＳＥ命令の起動信号である。起動信号Ｍ３のＯＮによってＣＬＯＳＥ命令が実行され、シリアルポート６の占有が解放される。
なお、本実施の形態においてはプログラマブルコントローラのシリアルポート６が１つで構成されている場合のラダープログラムについて説明したが、プログラマブルコントローラのシリアルポート６が複数で構成されている場合であってもシリアルポート６のポートナンバーを指定する引数をラダープログラムに付加することによって複数のシリアルポート６の中から所望のシリアルポート６を選択して汎用通信プロトコルを用いた通信を行うことが可能となる。
第６図は、ポートナンバーを指定してシリアルポート６を初期化する命令を示すラダープログラムである。ポートナンバーを指定する引数デバイスをＰＮとすると例えば「ＯＰＥＮ ＰＮ」によってポートナンバーを指定したＯＰＥＮ命令を実行することが可能となる。同様に、「ＯＵＴＰＵＴ ＰＮ Ｓ１ Ｓ２」によってポートナンバーを指定したＯＵＴＰＵＴ命令を実行でき、「ＩＮＰＵＴ ＰＮ Ｄ１ Ｄ２」によってポートナンバーを指定したＩＮＰＵＴ命令を実行することが可能となる。さらに、「ＣＬＯＳＥ ＰＮ」によってポートナンバーを指定したＣＬＯＳＥ命令を実行することが可能となる。
第７図は、状態ＳＱ格納エリア３３に格納された状態シーケンスの遷移内容を示す状態遷移図である。第７図において、シーケンス値が“０”の場合はシリアルポート６が何も使用されていないアイドル状態を示している。また、シーケンス値“１”はプログラマブルコントローラが汎用通信プロトコルで処理中であり、シリアルポート６が汎用通信プロトコル機能の使用中であることを示している。また、シーケンス値“２”はプログラマブルコントローラがコンピュータリンク専用プロトコルで処理中でありシリアルポート６がコンピュータリンク専用プロトコル機能の使用中であることを示している。
シリアルポート６を使用しないとき、シーケンス値は常にアイドル状態で“０”を示している。この状態から第２図で示したＯＰＥＮ命令を実行するとシリアルポート６を汎用通信プロトコルで使用するという宣言がなされ、シリアルポート６は汎用通信プロトコル使用中に遷移し、シーケンス値が“１”になる。この状態になった後、シリアルポート６はＯＵＴＰＵＴ命令とＩＮＰＵＴ命令の実行が可能となる。シーケンス値が“１”であってシリアルポート６が汎用通信プロトコルの使用中である場合に図５で示したＣＬＯＳＥ命令が実行されると、シリアルポート６はアイドル状態に遷移しシーケンス値が“０”になる。このＣＬＯＳＥ命令の実行によって、シリアルポート６は汎用通信プロトコルによる占有から解放されることとなる。
なお、シーケンス値が“１”の状態ではシリアルポート６は外部機器からのコンピュータリンク専用プロトコルでの使用命令を受け付けないようにする。仮に、シーケンス値が“１”の状態でシリアルポート６に対して外部機器からコンピュータリンク専用プロトコルでの使用命令がなされた場合、外部機器１０に対してシリアルポート６はコンピュータリンク専用プロトコルで使用可能な状態ではないことを伝える。これによって、外部機器はシリアルポート６がコンピュータリンク専用プロトコルで使用することができない状態であることを認識することが可能となる。またこのとき、シリアルポート６の初期化内容が異なっているためシリアルポート６の初期設定とシーケンス状態（シリアルポート６の用途）は変更させないようにする。
第８図は、コンピュータリンク専用プロトコルで使用する通信フレームの一例を示した図である。第８図における通信フレームは、通信フレームの先頭につけられるヘッダとアプリケーションデータで構成されている。本実施の形態においては相手側に対する応答要求を意味するＥＮＱ（０５Ｈ：Ｅｎｑｕｉｒｙ）、ＤＬＥ以後のキャラクタの意味を変更するＤＬＥ（１０Ｈ：Ｄａｔｅ Ｌｉｎｋ Ｅｓｃａｐｅ）、通信フレームの先頭を意味するＳＴＸ（０２Ｈ：Ｓｔａｒｔ ｏｆ Ｔｅｘｔ）、通信フレームの終了を意味するＥＴＸ（０３Ｈ：Ｅｎｄ ｏｆ Ｔｅｘｔ）のキャラクタを用いる。そして、コンピュータ９や外部機器１０はこれらを使用するユーザの仕様によって通信フレームの先頭は様々であるため、ＥＮＱ＋Ｆ９Ｈ、ＥＮＱ＋Ｆ８Ｈ、ＤＬＥ＋ＳＴＸの３つ全てを通信フレームの先頭を示す予約語として定義する。
第７図においてシリアルポート６のシーケンス値が“０”のアイドル状態である場合に、シリアルポート６がコンピュータ９や外部機器１０からＥＮＱ＋Ｆ９Ｈ、ＥＮＱ＋Ｆ８ＨまたはＤＬＥ＋ＳＴＸの通信フレームを受信すると、シリアルポート６はコンピュータリンク専用プロトコル使用中の状態に遷移し、シーケンス値が“２”になる。この状態で、シリアルポート６は専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコルを使用することが可能となる。そして、コンピュータリンク専用プロトコルの処理完了後にシリアルポート６はアイドル状態に遷移し、シーケンス値が“０”になる。
なお、シーケンス値が“２”の状態ではシリアルポート６はシリアルポート６のＯＰＥＮ命令、ＣＬＯＳＥ命令、汎用通信プロトコルの送受信命令を受け付けないようにする。仮に、シーケンス値が“２”の状態でシリアルポート６に対してＯＰＥＮ命令、ＣＬＯＳＥ命令、汎用通信プロトコルの送受信命令がなされた場合、ユーザに対してシリアルポート６は汎用通信プロトコル機能が有効でないことを伝える。これによって、ユーザはシリアルポート６が汎用通信プロトコル機能で使用することができない状態であることを認識することが可能となる。また、シーケンス値が“２”である場合は、シリアルポート６の初期化内容が異なっているためシリアルポート６の初期設定とシーケンス状態（シリアルポート６の用途）は変更させないようにする。
第９図は、汎用通信プロトコルの命令実行時における処理手順を示したフローチャートである。まず、ユーザからシリアルポート６へシリアルポート６のＯＰＥＮ命令、ＣＬＯＳＥ命令、汎用通信プロトコルの送受信命令があったか否かの確認を行う（ステップＳ１００）。これらの命令が実行されていない場合は状態シーケンスを変更せず、これらの命令が実行された場合は、その命令がＯＰＥＮ命令であるか否かの確認を行う（ステップＳ１０１）。シリアルポート６にＯＥＰＮ命令が実行された場合、現在のシーケンス値が“０”であるか否かの確認を行う（ステップＳ１０２）。シーケンス値が“０”でない場合は、シリアルポート６は既に使用中であるため、ユーザにシリアルポート６は使用中であることを伝えてＯＰＥＮ命令の処理を行わないまま処理を終了する。ここで、シリアルポート６が使用中である場合は、シリアルポート６の初期化内容が異なっている可能性があるためシリアルポート６の初期設定とシーケンス状態（シリアルポート６の用途）は変更させない。一方、ステップＳ１０２においてシーケンス値が“０”であると判断された場合は、シリアルポート６のシーケンス値を“１”（汎用通信プロトコル処理中）に変更してシリアルポート６の占有を宣言し（ステップＳ１０３）、シリアルポート６の初期化を行って（ステップＳ１０４）処理を終了する。これによって、汎用通信プロトコル機能によるシリアルポート６への送受信命令が実行可能となる。
また、ステップＳ１０１でシリアルポート６への命令がＯＰＥＮ命令でないと判断された場合は、シリアルポート６への命令がＣＬＯＳＥ命令であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。シリアルポート６への命令がＣＬＯＳＥ命令であると判断された場合は、現在のシリアルポート６のシーケンス値が“１”であるか否かの判断を行う（ステップＳ１０６）。そして、シリアルポート６のシーケンス値が“１”である場合に限りシーケンス値を“０”（アイドル状態）に変更し（ステップＳ１０７）、シリアルポート６の汎用通信プロトコル機能による占有状態を解放して処理を終了する。
一方、ステップＳ１０６でシーケンス値が“１”ではなく“２”であると判断された場合、ユーザにシリアルポート６はコンピュータリンク専用プロトコルで使用中であることを伝えてＣＬＯＳＥ命令の処理を行うことなく処理を終了する。ここで、シリアルポート６が使用中である場合は、シリアルポート６の初期化内容が異なっている可能性があるためシリアルポート６の初期設定とシーケンス状態（シリアルポート６の用途）は変更させない。なお、ステップＳ１０３でシーケンス値が“１”ではなく“０”であると判断された場合は、シリアルポート６はアイドル状態でありそのまま処理を終了する。
また、ステップＳ１０５でシリアルポート６への命令がＣＬＯＳＥ命令ではないと判断された場合、この命令は汎用通信プロトコルの送受信命令であるため各命令個別の処理を行って（ステップＳ１０８）処理を終了する。なお、送受信命令を実行する際にはシーケンス値が“１”であることを確認するものとしシーケンス値が“１”でない場合は、ユーザに汎用通信プロトコルを使用することができない状態であることを通知し送受信命令の処理を実行することなく処理を終了する。ここで、シーケンス値が“１”でない場合は、シリアルポート６の初期化内容が異なっている可能性があるためシリアルポート６の初期設定とシーケンス状態（シリアルポート６の用途）は変更させないものとする。
このように、ユーザからシリアルポート６へシリアルポート６のＯＰＥＮ命令、ＣＬＯＳＥ命令、汎用通信プロトコルの送受信命令がなされる度にそれぞれの命令を判別して処理を進めていく。
このように、本実施の形態においては、プログラマブルコントローラ自身で汎用通信プロトコル機能と専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能のいずれかを随時選択設定可能としたので、これら両方の機能を使い分けるためのパラメータを逐次設定することなく簡単な構成で両方の機能を随時使い分けることが可能となる。
さらに、シリアルポート６を汎用通信プロトコル機能または専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能に切り替える際にシリアルポート６が使用中の機能を確認して他の機能で使用中の場合はシリアルポート６の設定を変更しないこととしたので、安定した状態で汎用通信プロトコル機能または専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能を使い分けることが可能となる。
以上、説明したとおり、本発明によれば、汎用通信プロトコル機能と専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能のいずれかを使い分けるための切り換え手段を備えているので、これら両方の機能を使い分けるためのパラメータを逐次設定することなくユーザの要求に応じて随時汎用通信プロトコル機能と専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能の使い分けを簡易な構成で行うことができるという効果を奏する。

以上のように、本発明にかかるプログラマブルコントローラは、シリアルポートを備えたプログラマブルコントローラに有用であり、特に汎用通信プロトコル機能と専用手順を用いたコンピュータリンク専用プロトコル機能の両方を必要とするプログラマブルコントローラに適している。

Claims (4)

1. １つ以上のシリアル通信用のシリアルポートを備えたプログラマブルコントローラにおいて、
   前記シリアルポートを、相手機器の仕様に合わせて通信を行う汎用通信プロトコルが処理可能な第１の状態、固定化された仕様に基づいて通信を行うコンピュータリンク専用プロトコルが処理可能な第２の状態、およびアイドル状態の３つの状態に使い分ける切り換え手段を備え、
   前記切り換え手段は、
   前記シリアルポートがアイドル状態のときには、汎用通信プロトコル用のプログラム中のシリアルポートを初期化する命令によってシリアルポートを前記第１の状態に切り換え、外部機器から前記コンピュータリンク専用プロトコルを用いた通信を開始するための信号を前記シリアルポートが受信した場合はシリアルポートを前記第２の状態に切り換え、
   前記シリアルポートが第１の状態のときには、前記汎用通信プロトコル用のプログラム中のシリアルポートを閉じる命令によってシリアルポートをアイドル状態に切り換え、前記シルアルポートが第２の状態のときには、前記コンピュータリンク専用プロトコルを用いた外部機器との通信が完了した後にシリアルポートをアイドル状態に切り換える
   ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。
2. シリアルポートが複数の場合、前記シリアルポートを初期化する命令およびシリアルポートを閉じる命令には、シリアルポートのポート番号を指定する情報が含まれていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のプログラマブルコントローラ。
3. 前記シリアルポートが第２の状態のときに、汎用通信プロトコル用のプログラム中のシリアルポートを初期化する命令が出された場合は、該シリアルポートを初期化する命令を出したユーザに汎用通信プロトコルで通信ができない状態であることを通知するとともに前記シリアルポートの設定を変更しないことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のプログラマブルコントローラ。
4. 前記シリアルポートが第１の状態のときに、外部機器から前記コンピュータリンク専用プロトコルを用いた通信を開始するための信号を受信した場合は、前記外部機器に前記コンピュータリンク専用プロトコルで通信ができない状態であることを通知するとともに前記シリアルポートの設定を変更しないことを特徴とする請求の範囲第３項に記載のプログラマブルコントローラ。

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