JP5022378B2 - 船舶の電力管理システムの試験のための方法およびシステム - Google Patents
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Description
通常航行を実行するための自動操縦装置を通常含む、巡航適正位置維持(station keeping)または他のアプリケーションのための動的測位(ダイナミックポジショニング)システムを有する船舶は、多くの場合プロペラとスラスタのディーゼル・電気動力供給源を有する。電気エネルギーは、ディーゼルエンジンおよび/またはガスタービンによって駆動される発電機を含む発電装置と、電力管理システム(PMS)を含む船舶自動化システムとによって船舶の船上で生成される。プロペラとスラスタのために電気エンジンによって消費される電力は、船上で消費される生成された電力の大半を構成する可能性がある。その結果、動的測位「DP」制御システムからプロペラまたはスラスタのための電気モータのPMSへの制御信号が高くて迅速に変化する電力消費を招くならば、その結果は発電装置の電力過負荷、大きな電力変動または設計外動作となる可能性がある。これは、発電装置の運転停止と極めて望ましくない電力供給の停止とを招く可能性がある。停電とも呼ばれるこの状況は、費用がかかって潜在的に危険であり、任務の喪失、装置の損傷、重大事故および船舶の難破の原因となり得る。この背景において、船舶の運転時に停電、許容できない電力変動または他の間違った事象または状況が発生しないことを保証するために電力管理システムと船舶自動化システムの一部とを含む発電装置とDP制御システムとの間の相互作用を試験することは重要と思われる。現在使用されている試験手順は、要求の厳しいシミュレートされた、それでもなお現実的な状況の下でのPMSの系統的な試験を可能にしない。これは、PMSシステムが厳しい要求ではあるが現実的な状況の下で正しく動作するかどうかを試験して検証し得る試験方法および試験システムの必要性を誘発する。電力システムのこれまでに開示されたシミュレーションが単純であったので、電力システムのより良好なシミュレーションを可能にするシステムと方法とに関する更なる必要性が存在する。船舶の船上の電力管理システムは、スラスタまたは発電機トレインを制御するように配置されたローカルな電力管理システムから全電力システムを制御する高レベルの電力管理システムに及ぶ多くのレベルの電力管理を含み得る。全電力システムは、いくつかの低レベル電力システムが単一の高レベルPMSを形成する統合化電力システムとして機能し得る。このような電力システム階層における高レベル制御システムと低レベル制御システムとの間の相互作用は、迅速な動作停止信号ならびに大きくて急速な電源変動の送信を含み得る。更に電力管理システムは一般に、船舶全体に沿った別々の隔壁区画におけるいくつかのユニットの上に分散配置され、また左舷および右舷システムの間に分散配置され、従って試験することが困難である可能性がある。従って厳しい要求ではあるが現実的な状況に曝されるときにPMS全体が正しく機能できることを保証するために、高レベルPMSと低レベルPMSとの間の種々の相互作用の試験の必要性が存在する。
電力管理システムPMS(2)は、このPMS(2)がシミュレータ(120)に接続されたシミュレーションで試験される。PMS(2)は、船舶から切り離されてループ内ハードウエアとして試験され得るか、あるいはなお船舶(1)に接続された状態を続行し得る。シミュレータ(120)は、さもなければ供給されるコマンドをPMS(2)に入力し、このようなスラスタおよびラダーコマンドによって結果がもたらされた船舶の動きを計算する。シミュレータは、シミュレータによって計算された動きに関して管理システムから結果として生じた信号を返す。PMS(2)から見ると、このPMS(2)は船舶(1)に設置された装置に接続されているように見えるが、実際にはシミュレータ(120)に接続される。PMS(2)は、この試験構成で広い範囲の動作設定値と環境条件、障害状況およびオペレータコマンドに関して試験され得る。これは、非常に重要である極めて強力な試験方法である。従来のシミュレーションシステムは、船舶(1)の電力発生システム(6)も電力分配グリッド(90)も適切な方法でシミュレートすることができず、従ってPMS(2)の現実的な試験は実行可能でなかった。このような試験を容易にすることが、本明細書に提示される本発明の目的である。
シミュレートされた電力消費システムの所望の状態に関する実のおよび/またはシミュレートされた制御信号を受信するように配置された、シミュレートされた電力消費システムと、
上記シミュレートされた電力消費システムにシミュレートされた電力P’を供給するように配置されたシミュレートされた電力発生モジュールと、
上記シミュレート電力消費システムは上記実の電力管理システムにシミュレートされた信号(9’)を供給するように配置されていることと、
上記実の電力管理システムは上記シミュレートされた信号に対する応答として上記シミュレートされた電力発生システムに制御信号を供給するように配置されていることと、
上記シミュレートされた電力発生システムは上記制御信号に対する応答として上記シミュレートされた電力消費システムにシミュレートされた電力を供給するように配置されていることとを含む。
上記電力管理システムにシミュレータを接続するステップと、
上記シミュレータはシミュレートされた電力消費システムの所望の状態に関するシミュレートされた制御信号を、上記シミュレートされた電力消費システムに、または上記シミュレートされた電力消費システムの上記所望の状態に関する実の制御信号を供給する外部の制御システムに与えるステップと、
上記シミュレータが、上記シミュレートされた電力消費システムにシミュレートされた電力P’を供給するシミュレートされた電力発生モジュールを備えるステップと、
上記シミュレートされた電力消費システムが、上記実の電力管理システムにシミュレートされた信号を供給するステップと、
上記実の電力管理システムが、上記シミュレートされた信号に対する応答として上記シミュレートされた電力発生システムに制御信号を供給するステップと、
上記シミュレートされた電力発生システムが、上記制御信号に対する応答として上記シミュレートされた電力消費システムにシミュレートされた電力P’を供給するステップと、を含む。
*較正不良の入力信号、
*範囲外の入力信号、
*入力信号に対する外乱、
*交換された入力信号、
*除去された、または紛失した入力信号、
*遅延した入力信号、
*誤動作する電力消費システム(7)、
*誤動作する電力発生システム(6)、
*誤動作するコマンド装置(4)などを含み得る。
シミュレートされた石油プロセストレイン(7’b)または類似物、
石油処理またはガス再液化のためのシミュレートされたガス圧縮器ライン(7’c)、
掘削または石油生産のためのシミュレートされたヒーブ(heave)補正システム(7’d)、
客船または貨物船のためのシミュレートされた冷暖房システム(7’e)、
例えばバラスト処理または荷積み/荷降しのためのシミュレートされたポンプシステム(7’f)、
シミュレートされたクレーンシステム(7’g)のうちの1つ以上を含み得るが、これらに限定されない。このようにして本明細書に提示された本発明は、掘削を実行するときに多量のエネルギー必要量を有する掘削プラットフォームについての、またポンプ稼働および巡航適性位置維持の作業についての電力消費必要量の試験、または大型客船などにおける冷暖房のための電力消費の試験を可能にする。
1’ シミュレートされた船舶
2 電力管理システム
21、22、・・・、2n 電力管理サブシステム
3 コマンドシステム
4 コマンド入力装置
41 コマンド入力信号
5 センサー
5’ シミュレートされたセンサー
51 センサー信号
51’ シミュレートされたセンサー信号
6 電力発生システム
6’ シミュレートされた電力発生システム
61、62、・・・、6n 電力発生サブシステム
61’、62’、・・・ シミュレートされた電力発生サブシステム
611 原動機
612 発電機
613 ローカル電力制御(LPC)
614 ガバナー
615 自動電圧調整器
7 スラスタシステム
7’ シミュレートされたスラスタシステム
71、72、・・・ スラスタサブシステム
71’、72’、・・・ シミュレートされたスラスタサブシステム
710 推進ユニット
710’ シミュレートされた推進ユニット
711 ローカルスラスタ制御(LTC)
712 電力電子回路VSD
713 モータ
714 シャフト
715 モータ起動器
716 ピッチサーボ
717 プロペラ
8 コマンド信号
8’ シミュレートされたコマンド信号
9 電力消費システム(7、7’)からPMS(2)への信号、センサー信号または制御信号
9’ 電力消費システム(7、7’)からPMS(2)へのシミュレートされた信号、シミュレートされたセンサー信号または制御信号
10 PMS制御信号
11 スラスタへの急速負荷低減信号
12 電力発生フィードバック信号
12’ シミュレートされた電力発生フィードバック信号
121 発電機フィードバック信号
13 PMSフィードバック信号
14 電力消費フィードバック信号
14’ シミュレートされた電力消費フィードバック信号
15 推進フィードバック信号
15’ シミュレートされた推進フィードバック信号
16 電力分配フィードバック信号
17 電力ネットワークへのPMS制御信号
18 ローカル電力制御(LPC)制御信号
19 LPCフィードバック信号
161 発電機フィードバック信号
171 ローカルスラスタコントローラフィードバック信号
172 ローカルスラスタコントローラ制御信号
90 電力グリッド
91 電力スイッチ
92 バスタイブレーカ
100 I/Oコネクタ
120 シミュレータ
130 ロガー
P、P’ シミュレートされたまたは実の電力
F、F’ シミュレートされたまたは実の力またはモーメント
Claims (18)
- 船舶(1)の電力管理システム(2)を試験するためのシステムであって、前記電力管理システム(2)は、電気エネルギーの生成、停電の防止及び停電の復旧を行う各システム(6)間での負荷の配分を制御しかつ監視するように配置され、前記電力管理システム(2)は電力消費システム(7)から制御信号(9)および/またはセンサー信号(9)を含む第1の信号(9)を受信するように配置され、前記電力管理システム(2)は前記第1の信号(9)に対する応答として前記電力消費システム(7)に電力(P)を供給するように配置された電力発生システム(6)に第2の制御信号(10)を供給するように配置され、
前記電力管理システム(2)に接続されるように配置されたシミュレータ(120)を備え、このシミュレータ(120)は、電気エネルギーの生成、停電の防止及び停電の復旧を行う各システム(6)間での少なくとも負荷の配分を監視する、前記電力管理システム(2)の機能試験、性能試験または障害モード試験のために、
シミュレートされた電力消費システム(7’)の所望の状態に関する実のおよび/またはシミュレートされた制御信号(8、8’)を受信するように配置された、シミュレートされた電力消費システム(7’)と、
前記シミュレートされた電力消費システム(7’)にシミュレートされた電力(P’)を供給するように配置された、シミュレートされた電力発生モジュール(6’)と、
前記実の電力管理システム(2)にシミュレートされた信号(9’)を供給するように配置された前記シミュレートされた電力消費システム(7’)と、
前記シミュレート信号(9’)に対する応答として前記シミュレートされた電力発生システム(6’)に制御信号(10)を供給するように配置された前記実の電力管理システム(2)と、
前記制御信号(10)に対する応答として前記シミュレートされた電力消費システム(7’)にシミュレートされた電力(P’)を供給するように配置された前記シミュレートされた電力発生システム(6’)と、を含み、
動的測位システム(3)が前記実のおよび/またはシミュレートされた電力消費システム(7,7’)にコマンド信号(8)を供給するように配置されていることを特徴とするシステム。 - 前記実のおよび/またはシミュレートされた電力消費システム(7、7’)にコマンド信号(8)を供給するように、また更に前記船舶(1)の全状態に関してコマンドコンソール(4)からコマンド(41)を受信するように配置された動的測位システム(3)を備え、前記電力管理システム(2)は前記動的測位システム(3)に電力管理システムフィードバック信号(13)を供給するように配置されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記シミュレータ(120)は更に船舶モジュール(1’)を備え、前記シミュレートされた電力消費システム(7’)は、前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)にシミュレートされた力(F’)を供給するように配置されたシミュレートされたスラスタシステム(7’a)を備え、前記シミュレータ(120)は更に、前記シミュレートされた船舶(1’)が前記シミュレートされた電力消費システム(7’)からシミュレートされた環境負荷と力(F’)とを受けるときに前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)の動的挙動を計算するように整えられたアルゴリズムを含み、前記動的測位システム(3)は、前記シミュレートされた船舶(1’)の状態に関して前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)から信号(5’)を受信するように配置されていて、前記信号(5’)に対する応答として前記シミュレートされた電力消費システム(7’)にコマンド信号(8)を供給する、請求項2に記載のシステム。
- 前記電力管理システム(2)は、2つ以上の電力管理サブシステム(21、22、・・・)を備え、前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)は、前記他の電力管理サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上に相互接続され、前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)は、いわゆる急速負荷低減信号(11)のような電力管理サブシステム制御信号(11)を前記実のおよび/またはシミュレートされた電力消費システム(7、7’)に供給するように配置されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)は更に、前記船舶(1)の電力分配グリッド(90)およびまたはシミュレートされた(90’)電気グリッド上の1つ以上のスイッチまたはタイブレーカ(91、92)に制御信号(17)を供給するように配置され、前記1つ以上の実の(90)およびまたはシミュレートされた(90’)電気グリッドは、電圧信号のような実のおよびまたはシミュレートされた電力分配フィードバック信号(16、16’)をそれぞれ前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上に供給するように配置されている、請求項4に記載のシステム。
- 前記実のおよびシミュレートされた電力発生システム(6、6’)は、1つ以上の別々の実のおよびシミュレートされた電力発生サブシステム(61、61’、62、62’、・・・)を備え、前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上は、前記実のおよび/またはシミュレートされた別々の電力発生サブシステム(61、61’、62、62’、・・・)に実のおよび/またはシミュレートされた信号(9、9’)を供給するように配置され、前記実のまたはシミュレートされた電力発生サブシステム(61、61’、62、62’、・・・)の1つ以上は実のまたはシミュレートされた電力発生フィードバック信号(12、12’)を前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上に供給するように配置されている、請求項4に記載のシステム。
- 前記実のおよび前記シミュレートされた電力発生サブシステム(61、61’、62、62’、・・・)の1つ以上は下記、
実の原動機(611)と、
実の発電機(612)と、
実のローカル電力コントローラ(613)と、
シミュレートされた原動機(611’)と、
シミュレートされた発電機(612’)と、
シミュレートされたローカル電力コントローラ(613’)と、のうちの1つ以上を含み、
前記シミュレートされたまたは実のローカル電力コントローラ(6131、6131’、6132、6132’、・・・)は、前記電力管理システム(2)および/または前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)から電力管理制御信号(10)を受信するように配置され、また所望の回転速度のようなローカル電力コントローラ制御信号(18)を対応する実のまたはシミュレートされた原動機(6111、6111’、6112、6112’、・・・)に供給し、かつ、所望の発電機磁化のようなローカル電力コントローラ信号(18)を実のおよび/またはシミュレートされた発電機(6121、6121’、6122、6122’、・・・)に供給するように更に配置され、
前記実のまたはシミュレートされたローカル電力コントローラ(613、613’)は、前記1つ以上のシミュレートされたまたは実の発電機(6121、6121’、6122、6122’、・・・)から発電機フィードバック信号(121)を受信するように配置されるとともに、更に前記1つ以上の実のまたはシミュレートされた電力グリッド(90、90’)から電力分配フィードバック信号(16)を受信するように配置され、前記実のまたはシミュレートされたローカル電力コントローラ(613、613’)は前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上にローカル電力コントローラフィードバック信号(19)を供給するように配置されている、請求項6に記載のシステム。 - 前記シミュレートされた電力消費システム(7’)は、シミュレートされた電力消費フィードバック信号(14’)を前記動的測位システム(3)に供給するように配置されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記電力消費システム(7)は、ローカルスラスタコントローラ(711)と前記ローカルスラスタコントローラ(711)が前記電力管理システム(2)および/または電力管理サブシステム(21、22、・・・)のうちの1つ以上に信号(9)供給するように配置されている推進ユニット(710)とを備え、前記ローカルスラスタコントローラ(711)は、更に前記電力管理システム(2)および/または電力管理サブシステム(21、22、・・・)のうちの1つ以上から急速負荷低減信号(11)のような制御信号(11)を受信するように配置され、
前記ローカルスラスタコントローラ(711)は、前記動的測位システム(3)からコマンド信号(8)を受信するように配置され、前記スラスタコントローラ(711)は更に前記実の推進システム(710)または前記シミュレートされた電力消費システム(7’)内のシミュレートされた推進システム(710’)にローカルスラスタコントローラ信号(172)を供給するように配置され、また前記実のまたはシミュレートされた推進ユニット(710、710’)は、前記ローカルスラスタコントローラ(711)および/または前記動的測位システム(3)に推進フィードバック信号(15、15’)を供給するように配置されている、請求項2または4に記載のシステム。 - 船舶(1)の電力管理システム(2)を試験するための方法であって、前記電力管理システム(2)は、電気エネルギーの生成、停電の防止及び停電の復旧を行う各システム(6)間での負荷の配分を制御しかつ監視するように配置され、前記電力管理システム(2)は電力消費システム(7)から第1の信号(9)を受信し、この信号に対する応答として前記電力管理システム(2)は前記電力消費システム(7)に電力(P)を供給する前記電力発生システム(6)に第2の制御信号(10)を供給し、電気エネルギーの生成、停電の防止及び停電の復旧を行う各システム(6)間での少なくとも負荷の配分を監視する、前記電力管理システム(2)の機能試験、性能試験または障害モード試験のために、
前記電力管理システム(2)にシミュレータ(120)を接続するステップと、
前記シミュレータ(120)が、シミュレートされた電力消費システム(7’)の所望の状態に関するシミュレートされた制御信号(8’)を前記シミュレートされた電力消費モジュール(7’)に、または前記シミュレートされた電力消費システム(7’)の前記所望の状態に関する実の制御信号(8)を供給する外部システム(3)に供給するステップと、
前記シミュレータ(120)が、シミュレートされた電力発生システム(6’)と、前記実の電力管理システム(2)にシミュレートされた信号(9’)を供給するシミュレートされた電力消費モジュール(7’)とを含むステップと、
前記実の電力管理システム(2)が、前記シミュレートされた信号(9’)に対する応答として前記シミュレートされた電力発生モジュール(6’)に制御信号(10)を供給するステップと、
前記シミュレートされた電力発生システム(6’)が、前記制御信号(10)に対する応答として前記シミュレートされた電力消費システム(7’)にシミュレートされた電力(P’)を供給するステップと、
を含み、
動的測位システム(3)が前記実のおよび/またはシミュレートされた電力消費システム(7,7’)にコマンド信号(8)を供給することを特徴とする方法。 - 前記実のおよび/またはシミュレートされた電力消費システム(7、7’)にコマンド信号(8)を供給するためと前記船舶(1)の全状態に関してコマンドコンソール(4)からコマンド(41)を受信するために動的測位システム(3)を使用し、前記電力管理システム(2)が前記動的測位システム(3)に電力管理システムフィードバック信号(13)を供給する、請求項10に記載の方法。
- 前記シミュレータ(120)は更にシミュレートされた船舶モジュール(1’)を含み、前記シミュレータ(120)はスラスタシステム(7’)である前記シミュレートされた電力消費システム(7’)から前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)にシミュレートされた力(F’)を供給し、前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)は、前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)がシミュレートされた環境負荷と前記シミュレートされた電力消費システム(7’)からの前記力(F’)とを受けるときに前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)の動的挙動を計算するアルゴリズムを含み、
前記動的測位システム(3)は、前記船舶モジュール(1’)の状態に関して前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)から信号(5’)を受信し、前記信号(5’)に対する応答として、所望の船舶速度、船首方位、位置、軸速度のような前記シミュレートされた船舶モジュール(1’)の所望の状態に関して前記シミュレートされた電力消費システム(7’)にコマンド信号(8)を供給する、請求項10に記載の方法。 - 前記電力管理システム(2)は分散型電力管理システム(2)として機能し、前記電力管理システム(2)は1つ以上の電力管理サブシステム(21、22、・・・)を含み、
前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上は、前記実のまたはシミュレートされた電力消費システム(7、7’)にいわゆる急速負荷低減信号(11)のような電力管理サブシステム制御信号(11)を供給し、
前記実のまたはシミュレートされた電力発生サブシステム(21、22、・・・)の前記1つ以上は、前記実のまたはシミュレートされた電力消費システム(7、7’)の1つ以上に電力管理制御システム信号(10)を供給し、
前記電力管理サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上は、前記船舶(1)の電力分配グリッド(90)上の1つ以上のスイッチまたはタイブレーカ(91、92)を開閉するための制御信号(17)を供給する、請求項10に記載の方法。 - 前記実のおよびシミュレートされた電力発生システム(6、6’)は、1つ以上の別々の実のおよびシミュレートされた電力発生サブシステム(61、61’、62、62’、・・・)として機能し、電力管理サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上は、前記実のまたはシミュレートされた別々の電力発生サブシステム(61、61’、62、62’、・・・)の1つ以上に信号(9)を供給し、前記実のまたはシミュレートされた電力発生サブシステム(21、22、・・・)の1つ以上は前記実のまたはシミュレートされた電力消費システム(7、7’)の1つ以上に電力管理制御システム信号(10)を供給する、請求項11に記載の方法。
- 前記実の電力発生サブシステム(61、61’、62、62’、・・・)の1つ以上は、下記すなわち、
原動機(611)と、
発電機(612)と、
ローカル電力コントローラ(613)とのうちの1つ以上を含み、前記方法は
シミュレートされた原動機(611’)を駆動するステップと、
シミュレートされた発電機(612’)を駆動するステップと、
前記実のまたはシミュレートされたローカル電力コントローラ(613、613’)を
駆動するステップと、を含み、
前記シミュレートされたまたは実のローカル電力コントローラ(6131、6131’、6132、6132’、・・・)は、前記電力管理システム(2)および/または電力管理サブシステム(21、22、・・・)から電力管理制御信号(10)を受信し、また更にローカル電力コントローラ制御信号(18)を対応する実のまたはシミュレートされた原動機(6111、6111’、6112、6112’、・・・)および/または実のまたはシミュレートされた発電機(6121、6121’、6122、6122’、・・・)に供給し、前記実のまたはシミュレートされたローカル電力コントローラ(613、613’)は、前記1つ以上のシミュレートされたまたは実の発電機(6121、6121’、6122、6122’、・・・)から発電機フィードバック信号(121)を、および/または前記1つ以上の実のまたはシミュレートされた電力グリッド(90、90’)から電力分配フィードバック信号(16)を受信する、請求項14に記載の方法。 - 前記シミュレートされた電力消費システム(7’)は、シミュレートされた電力消費フィードバック信号(14’)を前記動的測位システム(3)に供給する、請求項11に記載の方法。
- 前記電力消費システム(7)は、ローカルスラスタコントローラ(711)と推進ユニット(710)とを含み、前記ローカルスラスタコントローラ(711)は、ローカルスラスタコントローラコマンド信号(172)を前記電力管理システム(2)および/または電力管理サブシステム(21、22、・・・)のうちの1つ以上に供給し、前記ローカルスラスタコントローラ(711)は、前記電力管理システム(2)および/または電力管理サブシステム(21、22、・・・)のうちの1つ以上から実のまたはシミュレートされた信号(9)を受信し、前記ローカルスラスタコントローラ(711)は、前記動的測位システム(3)にローカルスラスタコントローラフィードバック信号(171)を供給し、前記ローカルスラスタコントローラ(711)は、前記動的測位システム(3)からコマンド信号(8)を受信し、前記ローカルスラスタコントローラ(711)は、ローカルスラスタコントローラ制御信号(172)を前記実の推進システム(710)または前記シミュレートされた電力消費システム(7’)内のシミュレートされた推進システム(710’)に供給し、前記実のまたはシミュレートされた推進ユニット(710、710’)は、前記ローカルスラスタコントローラ(711)および/または前記動的測位システム(3)に推進フィードバック信号(15、15’)を供給する、請求項11および13に記載の方法。
- 前記試験システムの一部または全部へのおよび前記試験システムの一部または全部からの信号の一部または全部はデータロガー(130)に記録される、先行する請求項10〜17のいずれかに記載の方法。
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