JP6409557B2 - 制御装置、コントローラ・システム、出力制御方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
しかし、情報技術の分野においては、マイクロプロセッサや通信ネットワークの高速化が進展しつつある。そのため、PLCにおいてもそれらの技術を利用して、1つのマイクロプロセッサにおいて、ユーザプログラムだけでなくモーション演算プログラムも実行可能になってきた。
特許文献1に記載のPLCは、モータを制御するモーション制御機能とシーケンス演算(ユーザプログラム)を実行するPLC機能とを、1つのCPUで処理する構成を有している。より具体的には、PLCは、基本クロックの1サイクルごとに、「定周期モーション制御処理および各軸処理」と「高速シーケンス処理」とを実行し、さらに各基本クロックサイクル内の残りの時間において、「低速シーケンス処理」または「非定周期モーション制御処理」を実行する。
具体的に、PLCでは、カムテーブルを用いて、各制御サイクルにおいて、主軸の位相の演算を行いさらに従軸の変位に対応する指令値をモータに対して出力する。カムテーブルとは、電子カムの主軸の位相(フルクローズドループ制御用のエンコーダの位置、サーボドライバ及び仮想サーボドライバの指令位置、エンコーダ、サーボドライバ、仮想サーボドライバのフィードバック位置のうちいずれか)の各々に対して、当該電子カムの従軸の変位を対応づけたテーブルである。
また、このPLCでは、カムテーブルを変更するために実際に変更されるのはカムテーブルの値であるので、動作を規定したカム曲線がどのように変更されたのかを確認することが難しい。
本発明の別の目的は、変更を行ったカムテーブルに対応するカム曲線を確認可能にすることにある。
記憶部は、カム演算プログラムと、カムテーブルの格納に用いられる。カム演算プログラムは、電子カムの主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位を対応付けた配列であるカムテーブルを用いて、主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位に対応する位置指令値を出力するモーション制御を行うためのものである。
記憶部は、モーション制御により実現される電子カム動作を規定するカム定義変数の入力を受け付けて、入力されたカム定義変数に対応するカム曲線を配列にしたカムテーブルを生成するためのカムテーブル生成プログラムをさらに含む。
プロセッサは、カムテーブルを用いてカム演算プログラムを実行し、モーション制御を行う。また、プロセッサは、さらにカム定義変数の入力を受け付け、カムテーブル生成プログラムを実行することでカムテーブルを生成し、生成されたカムテーブルを記憶部に格納する。
以上に述べたようにカムテーブルを生成するのが制御装置のプロセッサなので、カムテーブルの変更を行うために専用の設定ツールを用いる必要がない。その結果、カムテーブルを容易に変更可能になる。
この制御装置では、入力されたカム定義変数とカムテーブルを識別する情報とが対応付けて記憶部に格納されているので、必要に応じて現在動作中のカムテーブルに対応するカム定義変数を外部装置に取り出して、さらに外部装置においてカム定義変数からカム曲線を生成できる。その結果、変更を行ったカムテーブルに対応するカム曲線を外部装置で確認可能である。
この制御装置では、カムテーブル生成プログラムが実行されるのが定周期タスクなので、演算終了のタイミングを制御ができる。したがって、制御装置が、生成したカムテーブルを用いたカム演算が可能になる時期を精度よく把握できる。
この制御装置では、カムテーブル生成プログラムが実行されるのがシステムサービスなので、定周期タスクに影響を与えることなく、カムテーブル生成プログラムを実行できる。このことは、カムテーブル生成プログラムの演算負荷による定周期タスクへの影響を解消するためには、特に有用である。
このシステムでは、カム定義変数とカムテーブルを識別する情報とを対応付けた情報が制御装置に格納されているので、必要に応じて現在動作中のカムテーブルに対応するカム定義変数を外部装置に取り出して、さらに外部装置においてカム定義変数からカム曲線を生成できる。その結果、変更を行ったカムテーブルに対応するカム曲線を外部装置で確認可能である。
出力制御方法は、以下のステップを備えている。
◎プロセッサが、電子カムの主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位を対応付けた配列であるカムテーブルを用いて、主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位に対応する位置指令値を出力するモーション制御を行うためのカム演算プログラムを実行するステップ。
◎プロセッサが、モーション制御により実現される電子カム動作を規定するカム定義変数の入力を受け付けて、入力されたカム定義変数に対応するカム曲線を配列にしたカムテーブルを生成するステップ。
◎プロセッサが、生成されたカムテーブルを記憶部に格納するステップ。
なお、上記のステップの順番は限定されないし、複数のステップが同時にまたは一部重複して実行されてもよい。
以上に述べたようにカムテーブルを生成するのは制御装置のプロセッサなので、カムテーブルの変更を行うために専用の設定ツールを用いる必要がない。その結果、カムテーブルを容易に変更できる。
プログラムは、プロセッサに以下のステップを実行させる。
◎電子カムの主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位を対応付けた配列であるカムテーブルを用いて、主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位に対応する位置指令値を出力するモーション制御を行うためのカム演算プログラムを実行するステップ。
◎モーション制御により実現される電子カム動作を規定するカム定義変数の入力を受け付けて、入力されたカム定義変数に対応するカム曲線を配列にしたカムテーブルを生成するステップ。
◎生成されたカムテーブルを記憶部に格納するステップ。
なお、上記のステップの順番は限定されないし、複数のステップが同時にまたは一部重複して実行されてもよい。
以上に述べたようにカムテーブルを生成するのは制御装置のプロセッサなので、カムテーブルの変更を行うために専用の設定ツールを用いる必要がない。その結果、カムテーブルを容易に変更できる。
本実施の形態に係るPLC1は、モータの運動を制御するためのモーション制御機能を有する。まず、図1を参照して、PLC1のシステム構成について説明する。
IOユニット14は、一般的な入出力処理に関するユニットであり、オン/オフといった2値化されたデータの入出力を司る。すなわち、IOユニット14は、検出スイッチ6などのセンサが何らかの対象物を検出している状態(オン)および何らの対象物も検出していない状態(オフ)のいずれであるかという情報を収集する。また、IOユニット14は、リレー7またはアクチュエータといった出力先に対して、活性化するための指令(オン)および不活性化するための指令(オフ)のいずれかを出力する。
なお、サーボモータドライバ3は、サーボモータアンプと称されることもある。
なお、PLCサポート装置8については後述する。
次に、図2を参照して、CPUユニット13のハードウェア構成について説明する。
図2は、CPUユニットのハードウェア構成を示す模式図である。図2に示すように、CPUユニット13は、マイクロプロセッサ100と、チップセット102と、メインメモリ104と、不揮発性メモリ106と、システムタイマ108と、PLCシステムバスコントローラ120と、フィールドネットワークコントローラ140と、USBコネクタ110とを含む。チップセット102と他のコンポーネントとの間は、各種のバスを介してそれぞれ結合されている。
次に、図3を参照して、本実施の形態に係る各種機能を提供するためのソフトウェア群について説明する。これらのソフトウェアに含まれる命令コードは、適切なタイミングで読み出され、CPUユニット13のマイクロプロセッサ100によって実行される。
ユーザプログラム236は、上述したように、ユーザにおける制御目的(たとえば、対象のラインやプロセス)に応じて作成される。ユーザプログラム236は、典型的には、CPUユニット13のマイクロプロセッサ100で実行可能なオブジェクトプログラム形式になっている。このユーザプログラム236は、PLCサポート装置8などにおいて、ラダー言語などによって記述されたソースプログラムがコンパイルされることで生成される。そして、生成されたオブジェクトプログラム形式のユーザプログラム236は、PLCサポート装置8から接続ケーブル10を介してCPUユニット13へ転送され、不揮発性メモリ106などに格納される。
次に、上述したユーザプログラム236に含まれる典型的な構成について説明する。ユーザプログラム236は、モータの運動に関する制御開始の条件が成立するか否かを周期的に判断させる命令を含む。たとえば、モータの駆動力によって何らかの処置がなされるワークが所定の処置位置まで搬送されたか否かを判断するようなロジックである。そして、ユーザプログラム236は、この制御開始の条件が成立したと判断されたことに応答して、モーション制御を開始させる命令をさらに含む。このモーション制御の開始に伴って、モーション命令の実行が指示される。すると、指示されたモーション命令に対応するモーション演算プログラム234が起動し、まず、モーション演算プログラム234の実行ごとにモータに対する指令値を算出していくために必要な初期処理が実行される。また、初期処理と同じモーション制御サイクルにおいて、第1サイクルでの指令値が算出される。したがって、初期処理および第1番目の指令値算出処理が、起動したモーション演算プログラム234が第1番目の実行においてなすべき処理となる。以降、各サイクルでの指令値が順次算出される。
以下では、同期制御の機能として、電子カム動作について説明する。「同期制御」とは、主軸(入力軸)の位置に同期して従動軸(制御対象軸)の位置を制御することである。主軸としては、フルクローズドループ制御用のエンコーダの位置、サーボドライバおよび仮想サーボドライバの指令位置、並びに、エンコーダ、サーボドライバ、および仮想サーボドライバのフィードバック位置のうちのいずれかを指定できる。また、「電子カム動作」とは、カムテーブルによって設定されたカムパターンに従い、制御周期でカム動作を行なう機能をいう。「カムテーブル」とは、電子カムの主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位を対応付けた構造体配列である。
カム演算プログラム501には、フルクローズドループ制御用のエンコーダの位置、サーボドライバおよび仮想サーボドライバの指令位置、並びに、エンコーダ、サーボドライバ、および仮想サーボドライバのフィードバック位置のうち、予め選択された位置が入力される。
なお、ユーザ入出力装置21は、後述するPLCサポート装置8と同等の機能を有していてもよい。
さらに、図10では、カム定義変数530がメインメモリ104に格納されている。カム定義変数530は、ユーザ入出力装置21またはPLCサポート装置8から、不揮発性メモリ106を介してまたは直接にメインメモリ104に格納されている。
なお、図10において、メインメモリ104には1つのカムテーブルと1つのカム定義変数が格納されているが、実際には複数のカムテーブルと複数のカム定義変数をメインメモリに展開することも可能である。
なお、書き換えられる元のカムテーブルは、カムテーブル名と配列構造のためのメモリ番地がメインメモリ104内に確保されていればよく、特定のカムテーブルである必要はない。つまり、現在メインメモリ104内に展開された使用中のカムテーブルを書き換えてもよいが、現在使用中のカムテーブルを書き換えることなく別の新たなカムテーブルを生成してもよい。
なお、カム演算プログラム501、補間プログラム502、カムテーブル生成プログラム504、およびカム定義変数記憶プログラム505は、システムプログラム210のモーション演算プログラム234に含まれている。
以下のフローチャートにおいて、マイクロプロセッサ100は、カム定義変数の入力を受け付ければ、カムテーブル生成プログラム504を実行することでカムテーブルを生成し、生成されたカムテーブルをメインメモリ104に格納する。また、マイクロプロセッサ100は、生成されたカムテーブルを用いてカム演算プログラム501を実行することで、電子カム動作を実行する。
具体的には、図14に示すように、マイクロプロセッサ100は、ステップS102において、例えばユーザ入出力装置21から、複数の電子カムのうちカムテーブルを変更の対象であるカムテーブルの指定を受け付けたか否かを判断する。
また、このとき、マイクロプロセッサ100は、カム定義変数記憶プログラム505を実行することで、メインメモリ104内のカム定義変数を不揮発性メモリ106に格納する。
以上に述べたように、カムテーブルを生成するのがCPUユニット13のマイクロプロセッサ100なので、カムテーブルの生成を行うために専用の設定ツール(例えば、この実施形態ではPLCサポート装置8)を用いる必要がない。その結果、カムテーブルを容易に生成できる。
次に、PLC1で実行されるプログラムの作成およびPLC1のメンテナンスなどを行なうためのPLCサポート装置8について説明する。
さらに、エディタ処理部91は、変数記憶部94に格納されているカム定義変数98から、カムデータ95またはカム曲線を生成(復元)して、ディスプレイ87に表示する機能を有する。
なお、電子カム動作の変更に用いられたカム定義変数は、生成されたカムテーブルに対応付けられてCPUユニット13において記憶されているので、PLCサポート装置8は、格納された複数のカム定義変数の中から現在動作しているカムテーブルに対応したカム定義変数を指定し、メインメモリ104からカム定義変数の値を直接読み出すことができる。また、PLCサポート装置8は、過去にカムテーブルを生成するのに用いられたカム定義変数をCPUユニット13から読み出すこともできる。
図18は、カムテーブル生成プログラムを実現する制御命令の概要を示す模式図である。制御命令FB800は、図5の制御命令FB711、図6の制御命令FB721,722に対応する。制御命令FB800の名称は、MC_GenerateCamTable(カムテーブル生成)であって、入力変数としてExecute(起動)を有し、出力変数としてDone(完了)、EndPointIndex(終点インデックス)、Busy(実行中)、CommandAborted(実行中断)、Error(エラー)、ErrorID(エラーコード)、ErrorParameterCode(パラメータ詳細コード)、ErrorNodePointIndex(ノードポイント要素番号)を有している。Execute(起動)は、立ち上り時に命令を開始する。Done(完了)は、命令の実行が完了したときにTRUE(1)になる。EndPointIndex(終点インデックス)は、命令に実行が完了したときに、終点インデックスを出力する。
Camtable(カムテーブル)は、前述の通り、構造体配列によって定義される。
なお、CamProperty(カムプロパティ)とCamNodes(カムノード)の各パラメータは、エディタ処理部91(図17)でのカムプロファイル曲線設定の各項目と一致している。
図20〜図22を用いて、制御命令FB800の制御フローの詳細を説明する。
図20は、制御命令の制御手順を示したフローチャートであり、マイクロプロセッサ100が制御命令FB800を実行するときの流れを示す。
マイクロプロセッサ100は、変数nに0を代入し、変数xに0を代入する(ステップS204)。変数nは、ノード番号である。
マイクロプロセッサ100は、変数nがノードポイント数より小さいか否かを判断する(ステップS206)。マイクロプロセッサ100は、小さいと判断した場合(ステップS206において「YES」の場合)、処理をステップS208に進め、小さくないと判断した場合(ステップS206において「NO」の場合)、全てのノードポイントにおいて処理は終了したので全体の処理を終了する。
マイクロプロセッサ100は、各ノードポイントにおけるカム曲線の演算とメモリへの値の反映を行う(ステップS210)。ステップS210の詳細は後述する。
ステップ208とステップS210のループがノードポイント数だけ繰り返されることによって、各ノードポイントの始点から終点までのサンプルポイントにカムデータとしての値が入れられる。
Ps_n:第nノードポイントの位相始点(nは1〜の整数であり、以下同様)
Pe_n:第nノードポイントの位相終点
Hs_n:第nノードポイントの変位始点
He_n:第nノードポイントの変位終点
N:最大ノードポイント数
Tcycle:1サイクルの時間(sec)
マイクロプロセッサ100は、変数mがデータサンプル点数N_Pnより小さいか否かを判断する(ステップS216)。なお、データサンプル点数N_Pnは、下記の式で得られる。
N_Pn=Pn/ΔPn (ΔPn:第nノードポイントの位相刻み幅)
マイクロプロセッサ100は、相対位相Pn(m)、相対変位Hn(m)を導出する(ステップS218)。
Pn(m)=ΔPn×m (m<N_Pnの場合)
Pn(m)=Pn (m=N_Pnの場合)
Hn(m)=Hn×f(T)
T=(ΔPn/Pn)×m (m<N_Pnの場合)
T=1 (m=N_Pnの場合)
なお、f()およびTは下記の通りである。
f():ノードポイントで設定されたカム曲線の計算式
T:カム特性曲線式に代入する時刻(0〜1)
以上に述べたステップS216〜ステップS222のループがサンプル点数だけ繰り返されることで、1ノードポイント内の複数のカムデータとしての値が入力される。
以下、図23〜図29を用いて、カムテーブル生成におけるカムデータの変化の詳細を説明する。図23〜図29は、カムノードの値を示す表と、カムテーブルの生成中に書き換えられていくカムテーブルのカムデータを示す表である。
この例では、CamNodes(カムノード)の配列要素数は4以上、CamTable(カムテーブル)の配列要素数は4000とする。また、CamTable(カムテーブル)の位相、変位は全て不定値とする。
マイクロプロセッサ100は、CamNodes(カムノード)の最初の配列番号のノードポイントの値を取得する。さらに、マイクロプロセッサ100は、パラメータを元に、開始ノードポイントから次のノードポイントまでのカムデータのサンプル点数と各位相、変位を計算する(図20のステップS208に対応)。そして、マイクロプロセッサ100は、配列番号1から、サンプル点数分のCamTable(カムテーブル)の値を書き換える(図20のステップS210、図21のステップS214〜S224に対応)。図25では、配列番号1から1800までの1800点のカムデータが書き換えられている。
もし、位相の値がゼロとなる無効ノードポイントがなく、CamNodes(カムノード)の配列が終了した場合も同様に、マイクロプロセッサ100は、位相をゼロとする。図28は、CamNodes(カムノード)の配列要素数が2で、カムデータに無効ノードポイントが存在しない場合である。
制御装置(例えば、図1のCPUユニット13)は、モーション制御とシーケンス制御とを実行する。制御装置は、プロセッサ(例えば、図2のマイクロプロセッサ100)と、記憶部(例えば、図10のメインメモリ104)とを備えている。記憶部は、カム演算プログラム(例えば、図10のカム演算プログラム501)と、カムテーブル(例えば、図10のカムテーブル520)の格納に用いられる。カム演算プログラムは、電子カム(例えば、図10の電子カム500)の主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位を対応付けた配列であるカムテーブルを用いて、主軸の位相各々に対して電子カムの従動軸の変位に対応する位置指令値を出力するモーション制御を行うためのものである。
記憶部は、モーション制御により実現される電子カム動作を規定するカム定義変数(例えば、図17のカム定義変数、図18のCamNodes(カムノード)、CamProperty(カムプロパティ))の入力を受け付けて、入力されたカム定義変数に対応するカム曲線を配列にしたカムテーブルを生成するためのカムテーブル生成プログラム(例えば、図10のカムテーブル生成プログラム504)をさらに含む。
プロセッサは、カムテーブルを用いてカム演算プログラムを実行し(例えば、図14のステップS108)、モーション制御を行う。また、プロセッサは、カム定義変数の入力を受け付け(例えば、図14のステップS104で「YES」の場合)、カムテーブル生成プログラムを実行することでカムテーブルを生成し(例えば、図14のステップS106)、生成されたカムテーブルを記憶部に格納する。
以上に述べたようにカムテーブルを生成するのが制御装置のプロセッサなので、カムテーブルの変更を行うために専用の設定ツール(例えば、図1のPLCサポート装置8)を用いる必要がない。その結果、カムテーブルを容易に変更可能になる。
この制御装置では、入力されたカム定義変数とカムテーブルを識別する情報とが対応付けて記憶部に格納されているので、必要に応じて現在動作中のカムテーブルに対応するカム定義変数を外部装置(例えば、図1のPLCサポート装置8)に取り出して、さらに外部装置においてカム定義変数からカム曲線を生成できる。その結果、変更を行ったカムテーブルに対応するカム曲線を外部装置で確認可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した発明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
3 :サーボモータドライバ
4 :サーボモータ
8 :PLCサポート装置
13 :CPUユニット
21 :ユーザ入出力装置
91 :エディタ処理部
104 :メインメモリ
106 :不揮発性メモリ
500 :電子カム
501 :カム演算プログラム
504 :カムテーブル生成プログラム
505 :カム定義変数記憶プログラム
520 :カムテーブル
800 :制御命令FB
Claims (4)
- モーション制御とシーケンス制御とを実行する、制御装置であって、
プロセッサと、
電子カムの主軸の位相各々に対して前記電子カムの従動軸の変位を対応付けた配列であるカムテーブルを用いて、前記主軸の位相各々に対して当該電子カムの従動軸の変位に対応する位置指令値を出力するモーション制御を行うためのカム演算プログラムと、前記カムテーブルの格納に用いられる記憶部と、を備え、
前記記憶部は、前記モーション制御により実現される電子カム動作を規定するカム定義変数の入力を受け付けて、入力された前記カム定義変数に対応するカム曲線を配列にしたカムテーブルを生成するためのカムテーブル生成プログラムをさらに含み、
前記プロセッサは、前記カムテーブルを用いてカム演算プログラムを実行し、モーション制御を行い、
さらに前記カム定義変数の入力を受け付け、前記カムテーブル生成プログラムを実行することで前記カムテーブルを生成し、生成された前記カムテーブルを前記記憶部に格納し、
前記記憶部は、入力された前記カム定義変数と、前記カムテーブル生成プログラムが実行されることで生成されたカムテーブルを識別する情報とを対応づけて、前記記憶部に格納するカム定義変数記憶プログラムをさらに含むことを特徴とする、制御装置。 - 制御装置と、
前記制御装置に対してデータを入力可能な入力装置とを備え、
前記制御装置は、モーション制御とシーケンス制御とを実行する、制御装置であって、
プロセッサと、
電子カムの主軸の位相各々に対して前記電子カムの従動軸の変位を対応付けた配列であるカムテーブルを用いて、前記主軸の位相各々に対して当該電子カムの従動軸の変位に対応する位置指令値を出力するモーション制御を行うためのカム演算プログラムと、前記カムテーブルの格納に用いられる記憶部と、を備え、
前記記憶部は、前記モーション制御により実現される電子カム動作を規定するカム定義変数の入力を受け付けて、入力された前記カム定義変数に対応するカム曲線を配列にしたカムテーブルを生成するためのカムテーブル生成プログラムをさらに含み、
前記プロセッサは、前記カムテーブルを用いてカム演算プログラムを実行し、モーション制御を行い、
さらに前記カム定義変数の入力を受け付け、前記カムテーブル生成プログラムを実行することで前記カムテーブルを生成し、生成された前記カムテーブルを前記記憶部に格納し、
前記入力装置は、前記カム定義変数と前記カムテーブルを識別する情報とを対応付けた情報を、前記制御装置に送信することができる、コントローラ・システム。 - モーション制御とシーケンス制御とを実行する、制御装置の出力制御方法であって、
前記制御装置は、プロセッサと、記憶部とを有しており、
前記出力制御方法は、
前記プロセッサが、電子カムの主軸の位相各々に対して前記電子カムの従動軸の変位を対応付けた配列であるカムテーブルを用いて、前記主軸の位相各々に対して当該電子カムの従動軸の変位に対応する位置指令値を出力するモーション制御を行うためのカム演算プログラムを実行するステップと、
前記プロセッサが、前記モーション制御により実現される電子カム動作を規定するカム定義変数の入力を受け付けて、入力された前記カム定義変数に対応するカム曲線を配列にしたカムテーブルを生成するステップと、
前記プロセッサが、生成された前記カムテーブルを前記記憶部に格納するステップと、
入力された前記カム定義変数と、生成された前記カムテーブルを識別する情報とを対応づけて、前記記憶部に格納するステップと、
を備えたこと特徴とする出力制御方法。 - モーション制御とシーケンス制御とを実行する、制御装置を制御するプログラムであって、
前記制御装置は、プロセッサと、記憶部とを有しており、
電子カムの主軸の位相各々に対して前記電子カムの従動軸の変位を対応付けた配列であるカムテーブルを用いて、前記主軸の位相各々に対して当該電子カムの従動軸の変位に対応する位置指令値を出力するモーション制御を行うためのカム演算プログラムを実行するステップと、
前記モーション制御により実現される電子カム動作を規定するカム定義変数の入力を受け付けて、入力された前記カム定義変数に対応するカム曲線を配列にしたカムテーブルを生成するステップと、
生成された前記カムテーブルを前記記憶部に格納するステップと、
入力された前記カム定義変数と、生成された前記カムテーブルを識別する情報とを対応づけて、前記記憶部に格納するステップと、
を前記プロセッサに実行させることを特徴とするプログラム。
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