KR101024421B1 - Ｈｍｉ모듈을 포함하는 ｐｌｃ 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효과적으로 PLC 시스템을 모니터링을 할 수 있는 HMI 모듈을 제공함을 목적으로 한다. 본 발명은 베이스와, 사용자의 명령에 따라 제어기기에서 제공되는 데이터를 처리하기위한 HMI 모듈과, 통신모듈을 포함하며, 상기 베이스에 상기 HMI모듈과 상기 통신모듈은 병렬로 배치되고, 상기 HMI 모듈은 상기 베이스의 전원을 HMI 모듈의 내부에서 사용하도록 하는 저전압 전원부; 터치 패널에서 제공되는 입력신호를 처리하기 위한 터치 입력부; 날짜/시간 정보를 처리하기 위한 RTC부; 데이터를 백업하고, 상기 HMI 모듈을 재가동하기 위한 백업/리셋부; 운영 소프트웨어와, 데이터 처리 파일을 저장하기 위한 메모리 블럭; 및 상기 저전압 전원부, 상기 터치 입력부, 상기 RTC부, 상기 백업/리셋부, 및 상기 메모리 블럭을 제어하기 위한 MPU 블럭을 구비하는 PLC 시스템을 제공한다.

시스템, PLC, HMI, 모듈

Description

ＨＭＩ모듈을 포함하는 ＰＬＣ 시스템{PLC SYSTEM WITH HMI MODULE}

본 발명은 Programmable Logic Control(이하 PLC) 시스템과 연결되는 Human Machine Interface(이하 HMI) 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 HMI 모듈에 관한 것이다.

전통적인 산업현장에서 자동화 설비는 릴레이등을 사용한 기계적인 장비로 구성되어 있었다. 기계적인 장비로 되어 있는 자동화 설비의 기능을 바꾸기 위해서는 설비 내부회로의 배선을 다시 일일히 고쳐야 하는 어려움이 있었다. 이러한 점을 해결하고자 만들어진 것이 PLC이다. 첨단 기술로 인하여 자동화 분야가 발전을 하면서 다양한 종류의 공장 자동화를 위해서도 PLC 시스템은 점점 더 중요해지고 있다. 산업현장 안에서 사람의 뇌의 역할을 하는 PLC 시스템은 더욱 더 첨단화가 되어가고 있는 것이다.

PLC는 프로그램 가능한 논리적인 컨트롤러이다. PLC는 일반적으로 컴퓨터와 같은 역할을 하는데, 기계등의 설비에서 오는 신호를 받아서 내부에 프로그램된 내 용대로 처리한 이후에 처리된 신호를 설비로 출력한다. PLC는 릴레이, 타이머 및 카운터 등과 같은 제어장치의 기능을 집적소자 및 트랜지스터 등과 같은 반도체 소자로 대체한 것으로서 기본적인 시퀀스 제어 기능에 수치 연산 기능을 추가하여 프로그램 제어가 가능하고, 내부의 메모리에 미리 저장된 프로그램에 따라 소정의 로직을 수행한다. PLC는 장치제어, 장치 수치세팅, 시간제어, 실시간감시, 실시간 데이타수집, 및 안전장치 가동등 다양한 작업에 적용될 수 있다.

최근에는 산업현장에서 PLC 시스템은 매우 중요한 요소가 되었다. PLC 시스템을 잘 동작시킨다는 것은 공장 내부의 자동화 기기들이 효율적으로 동작하고 있다는 것을 의미한다. 따라서 PLC 시스템이 잘 동작하는 것에 대해서 지속적인 모니터링이 필요하며, 모니터링에 대해서도 신뢰성 있는 유지 보수가 필요하다.

일반적으로 PLC 시스템에 연결된 Human Machine Interface(이하 HMI)시스템을 통해 PLC 시스템을 모니터닝 한다. 그러나, HMI 모듈을 통해 PLC 시스템을 모니터링 하는 경우에 PLC 시스템과 HMI 모듈을 연결해야 하는데, 이때 연결하기 위한 통신 드라이버가 안정적이지 못한 경우가 많아 신뢰성 있게 모니터링 하기가 어렵다. 따라서 보다 효과적인 HMI 모듈의 개발이 요구된다.

본 발명은 효과적으로 PLC 시스템을 모니터링을 할 수 있는 HMI 모듈을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 베이스와, 사용자의 명령에 따라 제어기기에서 제공되는 데이터를 처리하기위한 HMI 모듈과, 통신모듈을 포함하며, 상기 베이스에 상기 HMI모듈과 상기 통신모듈은 병렬로 배치되고, 상기 HMI 모듈은 상기 베이스의 전원을 HMI 모듈의 내부에서 사용하도록 하는 저전압 전원부; 터치 패널에서 제공되는 입력신호를 처리하기 위한 터치 입력부; 날짜/시간 정보를 처리하기 위한 RTC부; 데이터를 백업하고, 상기 HMI 모듈을 재가동하기 위한 백업/리셋부; 운영 소프트웨어와, 데이터 처리 파일을 저장하기 위한 메모리 블럭; 및 상기 저전압 전원부, 상기 터치 입력부, 상기 RTC부, 상기 백업/리셋부, 및 상기 메모리 블럭을 제어하기 위한 MPU 블럭을 구비하는 PLC 시스템을 제공한다.

본 발명에 의한 HMI 모듈은 모듈화되어 있고, PLC 시스템와 같은 구조를 가지게 되어 다양한 장점을 가지고 있다. 본 발명에 의한 HMI 모듈은 병렬 포트를 사용하기 때문에, 제어기기와의 매우 빠른 인터페이스가 가능하다. 또한, 종래의 일 체형 시스템에서 전원 및 회로 상에서 발생하는 발열로 인해 화면표시장치 성능이 저하되던 문제를, LCD 같은 표시장치와 HMI 모듈을 분리하는 구조로 변경하였기 때문에, 열에 의한 LCD 화면 성능이 저하되는 문제를 개선할 수 있다. 또한, HMI 모듈에서 처리하는 정보를 표시하기 위한 화면 크기에 제한이 없다. 또한, 기능별 모듈을 분리함으로써 사용자가 원하는 모듈을 선택할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 HMI 모듈이 모듈화되어 있기 때문에, 옵션 모듈 추가가 용이하다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도1은 PLC 시스템과 HMI 모듈과의 관계를 나타내는 도이다.

도1에 도시된 바와 같이, HMI 모듈(10)은 PLC 시스템(20)으로 데이터를 요청하고, PLC 시스템은 HMI 모듈로 요청된 데이터를 전송한다. PLC 시스템이 예정된 동작을 잘 수행하는 지 모니터링하기 위해서 이와 같은 동작을 지속적으로 반복한다.

도2는 도1의 HMI 모듈의 내부 블럭도이다.

도2를 참조하여 살펴보면, HMI 모듈은 Micro Process Unit(이하 MPU)(1), 전원 입력부(2), 저전압 전원부(3), 화면 표시부(4), 터치 입력부(5), 버저 출력부(6), RTC부(7), 백업/리셋부(8), 메모리부(9), 통신 I/F부(11)를 구비한다. MPU(1)는 HMI 모듈의 모든 동작을 관할하고 데이터를 연산하는 블럭이다. 전원 입력부(2)는 DC 또는 AC 전원을 HMI에서 사용하도록 전압을 변환하는 블럭이다. 저전압 전원부(3)는 전원입력부에서 변환된 전압을 저전압으로 변환하는 블럭이다. 화면 표시부(4)는 MPU에서 처리된 연산 결과를 화면에서 표시하는 블럭이다. 터치 입력부(5)는 사용자의 제어를 위해 키 또는 터치를 입력받는 블럭이다. 버저 출력부(6)는 사용자의 제어를 알려주기 위해 버저 또는 음향을 출력하는 블럭이다. RTC부(7)는 날짜/시간 정보를 처리해주는 블럭이다. 백업/리셋부(8)는 데이터를 백업하고 시스템에 문제 시 재기동 시켜주는 블럭이다. 메모리부(9)는 시스템 동작을 위한 OS와 작업 파일을 저장하는 메모리 블럭이다. 통신 I/F부(11)는 PLC 시스템 또는 인버터와 같은 제어기기와 통신하는 블럭이다.

도2를 참조하여, HMI 모듈의 동작을 살펴보면, 먼저 메모리부(9)에서 저장된 OS에 의해 MPU(1)가 동작되고, 메모리(9)에 저장된 작업 파일을 MPU(1)에서 처리하고, 그에 따라 통신 I/F부(11)를 통해 제어기기인 PLC 시스템(20)에 데이터를 요청한다. 화면 표시부(4)에서 제어기기로부터 전송받은 데이터를 LCD와 같은 장치에 표시하고, 터치 입력부(5)를 통해 입력받은 사용자의 제어를 MPU(1)에서 처리하고, 처리 시 버저 출력부(6)를 통해 버저 또는 음향으로 출력한다. 사용자가 데이터를 백업하고자 할 때 백업 리셋부(8)에서 데이터를 보관하고 날짜/시간 데이터를 보거나 저장할 경우에는 RTC부(7)의 데이터를 MPU(1)에서 처리한다.

HMI 모듈(10)의 전원은 보통 DC24V 또는 AC100~240V로 입력되고 전원입력부(2)에서 HMI 모듈(10)에서 사용할 수 있도록 저전압으로 변환한다. 2개 정도의 또 다른 저전압이 필요할 경우에는 저전압 전원부(3)에서 변환한다. 백업 리셋부(8)에 구비되는 리셋 IC는 HMI 모듈(10)이 시작할 때 시스템을 기동시키고, 또한 시스템에서 문제가 발생하였을 때 시스템을 재기동시키는 역할을 한다.

도1에 의한 모니터링 방법은 독립적인 HMI 모듈이 PLC 시스템, 인버터, 서보 등의 제어기기에 지속적으로 데이터를 요청하여 제어기기로부터 전송받은 데이터를 처리하는 방식이다. 그런, 도1에 의한 방법은 몇가지 문제점이 있다.

우선 HMI 모듈의 주요 기능은 제어기기와의 통신이다. 주로 통신 케이블을 통해 HMI 모듈과 제어기기 간에 통신이 이루어지는데, 산업현장에는 전기적, 환경적으로 열악하기에 통신 데이터 손실로 인한 정확한 통신을 보장하기 어렵다. 또한 대부분 HMI 모듈과 제어기기 간 통신 방식은 시리얼 통신이기에 통신 속도도 느리다.

또한, 발열문제가 있다. 더 빠른 처리를 위해 HMI 모듈의 속도가 점점 빨라지고 있으나 이로 인해 시스템에 발열 손실이 증가하고 있다. 또한 HMI 모듈의 전원부의 발열 및 표시장치인 LCD 표시기의 발열 등 여러 발열 요인으로 인해 온도 환경이 좋지 않은 곳에 HMI 모듈을 설치하여 사용하기가 쉽지 않다. 이로 인해 시스템의 안정성이 문제점이 발생하기도 한다. 또한, HMI 모듈은 화면 크기에 의해 제품군이 나눠지게 되는데, HMI 특성상 화면 크기가 크게 제한을 받는다. 화면 크기가 클수록 가격도 크게 상승하며, 산업현장에 따라서는 큰 화면의 HMI 모듈을 설치할 수 없는 경우도 있다.

일반적인 HMI 모듈은 일체형 시스템으로 다양한 인터페이스와 기능을 가지고 있다. 그러나 사용자에 따라 사용하지 않는 기능도 가지고 있으므로 사용하지 않는 인터페이스 기능 및 부가 기능에 대해 사용자가 불필요한 가격 부담을 지게 되는 측면이 있다. 예를 들면 RS-232C 통신만 필요한 경우에 구비되어 있는 RS-422, 이더넷 등 통신 기능은 필요가 없다.

또한, HMI 모듈을 사용할 때에 비디오 입력, 사운드 출력, 필드버스(Field bus) 통신 카드 등 필요한 기능도 있는데, 이와 같은 기능들은 모두 옵션 모듈로 되어 있고, HMI 모듈을 사용할 때에 옵션 모듈을 모두 사용할 수 없다는 단점도 있다. 또한, 일체형인 HMI 인 경우에 방수, 먼지 등의 환경에 취약하여 사용하는데 제한이 될 수 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 기존의 독립형(Standalone) 타입의 HMI(Human Machine Interface) 시스템을 PLC 시스템과 같이 모듈화하는 방법을 제안한다.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 HMI 모듈을 포함하는 PLC 시스템을 나타내는 블럭도이다.

도3을 참조하여 살펴보면, 본 실시예에 따른 PLC 시스템은 베이스(100)와, 전원모듈(110), Central Process Unit(이하 CPU) 모듈(120), 통신모듈(130), I/O 모듈(140), HMI 모듈(150), 비디오 출력모듈(160), 기타 옵션 모듈(170), 화면 표시 장치(180)를 구비한다. 여기서 베이스(100)는 각 모듈들을 병렬 포트 방식으로 연결하는 기기이다. 전원모듈(110)은 HMI 모듈의 각 블럭에 전원을 공급하기 위한 모듈이다. CPU 모듈(120)은 중앙처리장치라고 불리는 것으로, PLC 시스템의 각 블 럭을 제어하는 역할을 한다. 통신모듈(130)은 PLC 시스템과 통신을 수행하기 위한 것이다. I/O 모듈(140)은 데이터의 입출력을 위한 것이다. HMI 모듈(150)은 사용자의 지시를 수행하고, PLC 시스템의 데이터를 처리하기 위한 것이다. 비디오 출력모듈(160)은 HMI 모듈(150)에 의해 처리된 데이터를 화면표시 장치(180)에 전송하기 위한 것이다. 화면 표시 장치는 LCD 모니터, CRT 모니터, 또는 LED 모니터등 다양한 형태의 모니터로 구현할 수 있다. 기타 옵션 모듈(170)은 HMI 모듈(140)의 동작을 위해 엑세서리로 추가된 모듈이다. 전원모듈(110), CPU 모듈(120), 통신모듈(130), I/O 모듈(140)은 PLC 시스템에서 사용하는 것과 같은 것을 사용할 수 있다. 여기서 제어기기(200)는 다른 HMI 모듈, PLC 시스템, 인버터, 서보 등 다양한 형태의 장치를 나타내는 것이다.

도4는 도3에 도시된 제어기기, 즉 PLC 시스템의 내부를 보여주는 블럭도이다.

도4를 참조하여 살펴보면, 전원모듈에서 DC 또는 AC 전원을 입력받아 공용전원으로 제공한다. PLC 시스템에는 모듈 간 데이터 처리 속도를 효율적으로 높이기 위해 병렬 포트를 사용한다. 또한, 모듈 간 안정적인 전원을 위해 공용접지를 사용한다. PLC 시스템은 각 모듈이 병렬 포트를 사용하기 위해 데이터 버스를 제어하는 인터페이스 회로(I/F IC)를 사용한다.

도5는 도3에 도시된 HMI 모듈의 내부 블럭도이다.

도5를 참조하여 살펴보면, HMI 모듈은 MPU(151), 저전압 전원부(152), 터치 입력부(153), RTC부(154), 백업/리셋부(155), 및 메모리부(156)를 구비한다. MPU(151)는 HMI 모듈의 모든 동작을 관할하고 연산하는 블럭이다. 저전압 전원부(152)는 베이스의 공용 전원을 HMI모듈 내부에서 사용하도록 변환하는 블럭이다. 터치 입력부(153)는 터치 패널에서 USB 또는 RS-232C 통신을 통해 터치 입력 처리를 하는 것이다. RTC부(154)는 날짜/시간 정보를 처리해주는 블럭이다. 백업/리셋부(155)는 데이터를 백업하고 시스템에 문제 시 재기동 시켜주는 블럭이다. 메모리부(156)는 시스템 동작을 위한 OS와 작업 파일을 저장하는 메모리 블럭이다.

종래의 HMI 모듈은 화면표시, 키 입력, 연산, 통신 등 하나의 기기에서 모두 처리하는 개별화(Standalone)된 타입이었는데, 본 발명은 이를 모듈화하여 PLC 시스템과 같이 구조로 전용화하여 빠른 데이터 처리를 기대할 수 있다. 또한, 이와 같이 모듈화하면, HMI 모듈에 필요한 기능의 모듈로만 채용하여 가격 절감에도 효과가 있다. 또한 화면크기에 맞춰 제품화하던 HMI 모듈의 화면을 화면 크기에 상관없이 사용할 수 있다는 장점도 있다. 결론적으로, 본 발명은 모듈화된 HMI 모듈이기 때문에 효율적으로 PCL 시스템의 모니터링을 할 수 있다.

본 발명에 의한 HMI 모듈은 공장 자동화, 빌딩 제어, 단위 기계 등 여러 자동화 분야에 HMI 모듈 본연의 목적인 제어, 감시 등에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 발명처럼 HMI 모듈을 구현하게 되면, 다음과 같은 종래의 HMI 문제점을 탁월하게 해결할 수 있다.

먼저, HMI와 제어기기 간 통신 문제 보완할 수 있다. 본 발명에 의해, HMI 모듈을 PLC 시스템과 같은 제어기기와 같은 구조와 유사하게 만들 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 HMI 모듈은 병렬 포트를 사용하기 때문에, 제어기기와의 매우 빠른 인터페이스가 가능하며, 공용 전원 사용으로 전기적 안정성을 보장할 수 있다. 본 발명에 의한 HMI 모듈이 모듈화 되어 있기 때문에, 다른 제어기기와는 PLC 시스템에서 사용하는 통신 모듈을 사용하여 인터페이스 할 수 있고, 필드버스 통신 인터페이스와의 연결이 용이하다.

또한, 발열 문제를 보완할 수 있다. 종래의 일체형 시스템에서 전원 및 회로 상에서 발생하는 발열로 인해 화면표시장치 성능이 저하되던 문제를, LCD 같은 표시장치와 HMI 모듈을 분리하는 구조로 변경하였기 때문에, 열에 의한 LCD 화면 성능이 저하되는 문제를 개선할 수 있다. 또한, HMI 모듈에서 처리하는 정보를 표시하기 위한 화면 크기에 제한이 없다. 본 발명에 의한 HMI 모듈은 비디오 출력 모듈에서 비디오 신호를 출력하므로 화면 크기에 제한되지 않는다. 비디오 출력 형태도 비디오 출력 모듈을 다양화함으로써 화질 성능도 높일 수 있다.

또한, HMI 모듈의 불필요한 기능을 제거할 수 있다. 기능별 모듈을 분리함으로써 사용자가 원하는 모듈을 선택할 수 있는 것이다. 또한 통신 기능은 PLC 시스템과 같은 제어기기의 통신 모듈을 활용하면 보다 효과적으로 HMI 모듈과 PLC 시스템간에 통신을 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 HMI 모듈이 모듈화되어 있기 때문에, 옵션 모듈 추가가 용이하다. 비디오 입력, 사운드 출력, 필드버스 통신 카드 등을 옵션 카드로 제작하고, 이를 HMI 모듈에 필요한 상황에 따라 사용할 수 있는 것이다.

또한 취약한 환경에 대한 유리하다. 종래의 일체형에 비해, 본 발명의 HMI 모듈은 분리형 구조로 되어 있어, HMI 모듈을 구성하는 회로가 먼지, 습기로부터 보호될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 HMI 모듈은 모듈화되어 있기 때문에, 필요한 부분만 모듈로 사용하므로 저렴한 가격으로 HMI를 사용할 수 있다.

지금까지 살펴본 바와 같이, HMI 모듈을 모듈화하여 구성할 수도 있고, HMI 모듈의 기능을 PLC 시스템과 같은 제어기기의 한 모듈로 제작할 수 있다. 또한 모듈 형태가 되면, 추가적으로 비디오 출력 모듈, 메모리 모듈, 사운드 출력 모듈, 비디오 입력 모듈 같은 다양한 옵션 모듈을 만들 수 있다. 비디오 출력 모듈는 S-Video, NTSC 등과 같은 비디오 신호를 출력하여 LCD, CRT 등 화면표시 장치에 영향을 전달하는 모듈이다. 메모리 모듈은 종래 HMI 모듈의 경우에는 화면 데이터를 늘릴 수 없었는데, 메모리 모듈을 만들어 사용자가 선택할 수 있게 할 수 있다. 사운드 출력 모듈은 AC97, I2S와 같은 사운드 코덱을 사용하여 다양한 음향을 출력하기 위한 것이다. 비디오 입력 모듈 CCD, CMOS 카메라, 웹카메라 등의 입력을 받아 비디오 출력 모듈을 통해 화면표시 장치에 전달하는 모듈이다.

또한, 본 발명의 모듈과 연결하여 사용할 수 있는 장치로 전용 화면표시 장치, 터치패드, 블럭형 HMI 모듈이 있다. 전용 화면표시 장치는 패널 장착용 화면표시 장치를 만들어 HMI 모듈의 화면을 표시하기 위한 것이다. 터치패드는 터치 패널을 USB 또는 RS-232C 방식으로 터치값을 HMI 모듈에 전송한다. 블럭형 HMI 모듈인 경우에는 블럭형 PLC에 증설케이블을 이용하여 HMI 모듈과 연결하도록 한다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으 나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도1은 일반적인 PLC 시스템과 HMI 모듈과의 관계를 나타내는 도.

도2는 도1의 HMI 모듈의 내부 블럭도.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 HMI 모듈을 포함하는 PLC 시스템을 나타내는 블럭도.

도4는 도3에 도시된 제어기기의 내부를 보여주는 블럭도.

도5는 도3에 도시된 HMI 모듈의 내부 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 베이스 110: 전원모듈

120: CPU 모듈 130: 통신모듈

140: I/O 모듈 150: HMI 모듈

160: 비디오모듈 170: 기타 옵션모듈

151: MPU 152: 저전압 전원부

153: 터치입력부 154: RTC부

155: 백업/리셋부 156: 메모리부

Claims (3)

1. 복수의 모듈들에 병렬 포트를 제공하는 베이스; 사용자의 명령에 따라 제어기기에서 제공되는 데이터를 처리하기 위한 HMI 모듈; 및 외부 기기와의 통신 또는 내부 통신을 제공하는 통신 모듈을 포함하며,

   상기 HMI모듈과 상기 통신 모듈은 상기 베이스 상에 배치되며,

   상기 베이스는 상기 HMI 모듈 및 상기 통신 모듈을 서로 병렬로 연결하고 공통 전원 및 공통 접지를 제공하며,

   상기 HMI 모듈은,

   상기 베이스의 전원을 HMI 모듈의 내부에서 사용하도록 하는 저전압 전원부;

   터치 패널에서 제공되는 입력신호를 처리하기 위한 터치 입력부;

   날짜/시간 정보를 처리하기 위한 RTC부;

   데이터를 백업하고, 상기 HMI 모듈을 재가동하기 위한 백업/리셋부;

   운영 소프트웨어와, 데이터 처리 파일을 저장하기 위한 메모리 블럭; 및

   상기 저전압 전원부, 상기 터치 입력부, 상기 RTC부, 상기 백업/리셋부, 및 상기 메모리 블럭을 제어하기 위한 MPU 블럭을 포함하는, PLC 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 베이스는

   전원모듈, CPU 모듈 및 I/O 모듈을 더 연결하는, PLC 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 베이스는

   비디오 출력모듈을 더 연결하는, PLC 시스템.

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