JP2000073408A - 建設機械の電子制御システム - Google Patents
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Abstract
続した建設機械の電子制御システムにおいて、制御装置
の増減や交換を含むシステムの変更を容易に行えるよう
にする。 【解決手段】掘削作業装置7、油圧ポンプ18、アクチ
ュエータ11,12,13、制御弁24,25,26を
操作する操作レバー27,28,29を備える油圧ショ
ベル1に、制御装置17,23,33,37及び表示・
設定装置38を設け、制御装置33と37を共通の通信
ライン39を介して互いに接続しデータの送受信を行
う。制御装置33と37は、それぞれ、データの受信で
他の制御装置の接続の有無を検出し、他の制御装置が接
続されているときと接続されていないときで処理を切り
換える。
Description
に係わり、特に建設機械の原動機、油圧機器、作業装
置、表示器などを制御する複数の制御装置を備え、これ
らの複数の制御装置を共通の通信ラインを介して互いに
接続しデータの送受信を行う建設機械の電子制御システ
ムに関する。
油圧ショベルは電子制御化が進み、電子制御の各種演算
を行うため、制御装置の演算量も増加の一途をたどって
いる。演算量が増えると、高機能のマイクロコンピュー
タを使用しなければならないため、コストも増加する。
また、入出力信号も増え、ワイヤ・ハーネスの増加を招
いている。この問題を解決するため、油圧ショベルの制
御機能を単位機能に分け、単位機能毎に制御装置を設
け、これらの制御装置をネットワークで結ぶことで制御
を行う、制御装置の分散化が検討されている。
は、各機器毎に制御装置を設け、この各機器毎の制御装
置を共通の通信ラインを介してマスターコントローラに
接続し、このマスターコントローラでシステム全体の統
合を維持するようにした油圧ショベルの電子制御システ
ムが開示されている。
各機器毎に制御装置を設け、制御装置間を多重伝送シリ
アル通信回路で結合することによって双方向通信が可能
なネットワークを構成し、システムの拡張を容易にした
建設機械の電子制御システムが開示されている。
Intelligent Hydraulic Excavator- HYPER GX Series
(1994年発行)には、各機器毎に制御装置を設け、これ
ら制御装置をネットワーク上で接続すると共に、そのネ
ットワークを低速ネットワークと高速ネットワークに分
け、高速通信データの信頼性確保とシステム全体のコス
ト低減を図った油圧ショベルの電子制御システムが開示
されている。
る油圧ショベルは、前述したように、電子制御化が進
み、かつその制御性能及び製作コストの面で種々改善が
なされている。
は、例えば高機能化を要求するものから廉価を要求する
ものまであり、多様化している。
子制御システムでは、上述した顧客ニーズを満たすため
には、各要求に応じて、その都度、マスターコントロー
ラのソフトウエアを開発、変更し、マスターコントロー
ラを交換しなければならないと共に、このマスターコン
トローラの交換に伴って、これに接続する機器毎の制御
装置のソフトウエアも開発、変更し、既存の制御装置と
交換しなければならない。特に、高機能化を要求される
場合、例えば油圧ショベルの掘削作業装置に対して、そ
の動作範囲制限、軌跡制御等の自動制御機能を付加した
い場合には、制御装置のソフトウエアの種類が増加する
ので、その開発工数、開発コストあるいは管理コストが
増加する。
必要でない場合にも、それに応じてマスターコントロー
ラ及び制御装置のソフトウエアを開発、変更し、既存の
ものと交換しなければならない。このため、同様にソフ
トウエアの開発工数、開発コストが増加する。
941796に記載の電子制御システムでは、各機器の制御装
置をネットワーク上で接続し、ネットワークにより各制
御装置で送受信される全ての信号を伝送することができ
るので、多数の信号を送受信する場合でも信号線の数を
増加させる必要がない上、新たな機能を持った制御装置
を付加する場合にも信号線の数を増加させる必要がな
く、システムの拡張に対して柔軟に対応することができ
る。
増やす場合、信号線の数は増加させる必要がないが、制
御装置自体は送受信する信号数(データ数)の増加に対
応できなければならず、制御装置を交換する必要があ
り、コストの上昇を招く。また、高機能化が必要でな
く、制御装置の数を減らしたい場合も、制御装置は送受
信する信号数(データ数)の減少に対応できなければな
らず、この場合も制御装置を交換する必要がある。更
に、油圧システム又は制御システムの変更に伴って複数
の制御装置の1つを別の制御装置に交換する場合でも、
複数の制御装置のうちの特定の制御装置が受信信号を用
いて処理を行うものであり、上記制御装置の交換に伴っ
てその信号を送信する制御装置がなくなる場合は、その
特定の制御装置も交換する必要がある。
通信ラインを介して接続した建設機械の電子制御システ
ムにおいて、既存の制御装置のソフトウエアの変更や制
御装置自体の交換をすることなく、共通の通信ラインへ
の制御装置の追加接続や共通の通信ラインからの制御装
置の切り離しが行え、制御装置の増減や交換を含むシス
テムの変更を容易に行える建設機械の電子制御システム
を提供することである。
るために、本発明は、作業装置、油圧ポンプ、前記作業
装置を駆動するアクチュエータ、前記油圧ポンプから前
記アクチュエータに供給される圧油を制御する制御弁を
操作する操作手段を備える建設機械に、前記作業装置、
油圧ポンプ、操作手段のいずれかに係わる複数の制御装
置を設け、これら複数の制御装置を共通の通信ラインを
介して互いに接続しデータの送受信を行う建設機械の電
子制御システムにおいて、前記複数の制御装置の少なく
とも1つは、他の制御装置からの送信データを用いずに
演算処理を行う第1処理手段と、他の制御装置からの送
信データを用いて演算処理を行う第2処理手段と、前記
共通の通信ラインに前記他の制御装置が接続されている
か否かを検出する検出手段と、前記検出手段で他の制御
装置の接続が検出されないときは前記第1処理手段の演
算処理を実行し、前記検出手段で他の制御装置の接続が
検出されると前記第2処理手段の演算処理を実行する処
理切換手段とを備えるものとする。
処理手段、検出手段、処理切換手段を設けることによ
り、他の制御装置が共通の通信ラインに接続されている
場合は、そのことが検出手段で検出され、処理切換手段
は第2処理手段の演算処理を実行する一方、制御装置の
数を減らす場合や、複数の制御装置の一部の交換に伴っ
て上記他の制御装置が不要になった場合に、当該他の制
御装置を共通の通信ラインから切り離した場合は、その
ことが検出手段で検出され、処理切換手段は第1処理手
段の演算処理を実行する。このため、既存の制御装置の
ソフトウエアの変更や制御装置自体の交換をすることな
く、制御装置の共通の通信ラインからの切り離しや交換
を行える。
接続されていない場合は、そのことが検出手段で検出さ
れ、処理切換手段は第1処理手段の演算処理を実行する
一方、他の制御装置を共通の通信ラインに追加接続して
制御装置の数を増やした場合は、そのことが検出手段で
検出され、処理切換手段は第2処理手段の演算処理を実
行する。このため、既存の制御装置のソフトウエアの変
更や制御装置自体の交換をすることなく、制御装置の共
通の通信ラインへの追加接続が行える。
の変更や制御装置自体の交換をすることなく、共通の通
信ラインへの制御装置の追加接続や共通の通信ラインか
らの制御装置の切り離しが行え、制御装置の増減や交換
を含むシステムの変更を容易に行うことができ、開発コ
ストの上昇を少なくすることができる。
前記検出手段は前記他の制御装置からのデータの受信の
有無で他の制御装置の接続の有無を検出する。
制御装置の接続の有無を検出することができる。
くは、前記検出手段は他の制御装置からのデータの受信
の有無でフラグの状態を変え、前記処理切換手段はその
フラグの状態で他の制御装置の接続の有無を判別し、実
行すべき演算処理を切り換える。
制御装置の接続の有無を検出し、実行すべき演算処理を
切り換えることができる。
くは、前記他の制御装置は複数あり、この複数の他の制
御装置から送信されるそれぞれのデータにデータ固有の
識別子を付しておき、前記検出手段は、前記複数の他の
制御装置からのデータの受信の有無で前記複数の他の制
御装置の接続の有無を検出すると共に、受信したデータ
の識別子で前記複数の他の制御装置のいずれが接続され
ているかを検出する。
2処理手段がその複数の他の制御装置からの送信データ
を用いて演算処理を行う場合でも、検出手段は複数の他
の制御装置の接続の有無を個別に検出し、処理切換手段
は適切な演算処理の切り換えを行い、第2処理手段は適
切な演算処理を行える。
を用いて説明する。
圧ショベルの電子制御システムを、油圧ショベル及びこ
れに搭載される油圧回路と共に示す図である。この図1
において、1は油圧ショベルを示し、この油圧ショベル
1は、走行体2、走行体2上に旋回可能に設けれられた
旋回体3、旋回体3上に構成された原動機14や油圧ポ
ンプ18(後述)等の油圧機器等の収納室4、旋回体3
の後部に設けたカウンタウエイト5、旋回体3の前部左
側に設けられた運転室6、旋回体3の前部中央に設けら
れた掘削作業装置7を備えている。
に設けられたブーム8と、このブーム8の先端に回動可
能に設けられたアーム9と、このアーム9の先端に回動
可能に設けられたバケット10と、ブーム8を俯仰動さ
せるブーム操作用の油圧シリンダ11と、アーム9を回
動させるアーム操作用のシリンダ12と、バケット10
を回動させるバケット操作用のシリンダ13とで構成さ
れている。
置され、かつその回転速度をある範囲に維持するための
電子式のガバナ装置15を備えている。原動機14の目
標回転数Nrは目標回転数設定器16により設定され
る。
動機14を制御する第1の制御装置17であり、この第
1の制御装置17は目標回転数設定器16からの目標回
転数Nrとガバナ装置15で検出された実際の回転数N
eとに基づいて所定の演算を行い、実際の回転数Neが
目標回転数Nrに一致するようにガバナ装置15に制御
信号Rを出力する。
に配置され、かつ原動機14によって回転駆動される。
また、油圧ポンプ18は可変容量型のポンプであり、そ
の吐出量を変える斜板19を備え、この斜板19には斜
板位置調節器20が連結されている。また、斜板19の
傾転位置を検出する斜板位置検出器21及び油圧ポンプ
18の吐出圧力を検出する圧力検出器22が設けられて
いる。
れ、油圧ポンプ18を制御する第2の制御装置であり、
この第2の制御装置23は、圧力検出器22によって検
出された油圧ポンプ18の吐出圧力Pdと斜板位置検出
器21によって検出された斜板19の傾転位置θ1とに
基づいて所定の演算を行い、油圧ポンプ18の斜板位置
調節器20に制御信号を出力し、斜板19の位置を調整
し、油圧ポンプ18の押しのけ容積、即ち吐出流量を制
御する。
操作用のシリンダ12、バケット操作用のシリンダ13
はそれぞれ制御弁24,25,26を介して油圧ポンプ
18に接続され、制御弁24,25,26により油圧ポ
ンプ18から各シリンダ11,12,13に供給される
圧油の流量及び方向が調整される。制御弁24,25,
26は上記収納室4内に配置されている。
操作レバー27,28,29が設けられ、各操作レバー
27,28,29にレバー作動器30,31,32が連
結され、これらのレバー作動器30,31,32は各操
作レバー27,28,29の操作量に対応した電気信号
を操作信号として出力する。
制御弁24,25,26を操作する操作系に設けられた
第3の制御装置であり、この第3の制御装置33は各レ
バー作動器30,31,32からの電気信号に基づいて
所定の演算処理を行い、各制御弁24,25,26の操
作部24L,24R,25L,25R,26L,26R
に制御信号を出力する。操作部24L,24R,25
L,25R,26L,26Rはそれぞれ比例電磁弁から
なり、その制御信号に応じたパイロット圧を出力してそ
れぞれの制御弁24,25,26の開度を調整し、各シ
リンダ11,12,13に供給される圧油の流量及び方
向を制御する。
検出するブーム回転角検出器34、アーム9の回転角度
を検出するアーム回転角検出器35、バケット10の回
転角度を検出するバケット回転角検出器36が設けられ
ている。
れ、掘削作業装置7を制御する第4の制御装置であり、
この第4の制御装置37は、各回転角検出器34,3
5,36からの回転角度信号α,β,γに基づいて掘削
作業装置7の先端位置の計算を行うと共に、レバー作動
器30,31,32から出力され第3の制御装置33で
処理された操作信号を入力し、掘削作業装置7の先端位
置の計算値に基づいて所定の制御演算を行い、制御ユニ
ット33に制御駆動指令Yα,Yβ,Yγを出力する。
定装置であり、この表示・設定装置38は第4の制御装
置37に対して掘削作業装置7の目標とする作業軌跡を
指示する。また、制御ユニット37で演算された掘削作
業装置7の先端位置を入力し、これを表示する。
置37は共通の通信ライン39により接続され、この通
信ライン39を介して互いにデータの送受信を行う。ま
た、表示・設定装置38はシリアル通信ライン60によ
って第4の制御装置37と接続され、このシリアル通信
ライン60を介して互いにデータの送受信を行う。
を図2に示す。この第2の制御装置23は、斜板位置検
出器21からの斜板位置信号θと圧力検出器22からの
圧力信号Pdを入力してデジタル信号に変換するA/D
変換器230と、中央演算処理装置(CPU)231
と、制御手順のプログラムや制御に必要な定数を格納す
るリードオンリーメモリー(ROM)232と、演算結
果あるいは演算途中の数値を一時記憶するランダムアク
セスメモリ(RAM)233と、出力用のインターフェ
ース(I/O)234とを含むシングルチップマイコン
235と、油圧ポンプ18の斜板19の駆動信号を斜板
位置調節器20に出力する増幅器236と、機種別ある
いはグレード別の制御定数などを記憶しておく不揮発性
メモリ(EEPROM(Electrically Erasable Program
mable Read Only Memory))238とで構成されてい
る。
置38の画面表示制御手段を除いた制御装置部分のハー
ドウェアの構成も第2の制御装置23と基本的に同じで
あり、説明は省略する。
を図3に示す。この第3の制御装置33は、操作レバー
27,28,29に対応するレバー作動器30,31,
32からの操作信号X1,X2,X3をデジタル信号に
変換するA/D変換器330と、中央演算処理装置(C
PU)331と、制御手順のプログラムや制御に必要な
定数を格納するリードオンリーメモリー(ROM)33
2と、演算結果あるいは演算途中の数値を一時記憶する
ランダムアクセスメモリ(RAM)333と、デジタル
信号ををアナログ信号に変換するD/A変換器334と
を含むシングルチップマイコン335と、D/A変換器
334からの信号を各制御弁24,25,26の操作部
24L,24R,25L,25R,26L,26Rに出
力する増幅器336a〜336fと、共通の通信ライン
39に接続され、第4の制御装置37との通信を制御す
る通信手段337と、機種別あるいはグレード別の制御
定数などを記憶しておく不揮発性メモリ(EEPRO
M)338とで構成されている。
を図4に示す。この第4の制御装置37は、ブーム回転
角度検出器34からの角度信号αとアーム回転角度検出
器35からの角度信号βとバケット回転角度検出器36
からの角度信号γを入力してデジタル信号に変換するA
/D変換器370と、中央演算処理装置(CPU)37
1と、制御手順のプログラムや制御に必要な定数を格納
するリードオンリーメモリー(ROM)372と、演算
結果あるいは演算途中の数値を一時記憶するランダムア
クセスメモリ(RAM)373とを含むシングルチップ
マイコン374と、共通の通信ライン39及びシリアル
通信ライン60に接続され、第3の制御装置33及び表
示・設定装置38との通信を制御する通信手段375
と、機種別あるいはグレード別の制御定数などを記憶し
ておく不揮発性メモリ(EEPROM)376とで構成
されている。
置7の動作範囲に高さあるいは深さの制限がある場合、
オペレータが設定した領域に掘削作業装置7が入らない
ようにする機能がある。以下、このような機能を範囲制
限制御と呼び、この範囲制限制御を実現させるための処
理を例に挙げて、第3及び第4の制御装置33,37の
処理を説明する。
とはマイコン内蔵のタイマ機能(図示せず)を用いて一
定時間毎に起動される割り込み処理であり、受信割り込
み処理とは通信手段337,375からマイコン33
5,374側に受信割り込み信号が送信される度に起動
する割り込み処理である。また、通信手段337,37
5はそれぞれの制御装置に必要なデータを受信すると受
信割り込み信号を発生する機能を有している(後述)。
第4の制御装置37が接続されていない場合の処理を、
図5のフローチャートを用いて説明する。
合の第3の制御装置33の処理にはタイマ割込み処理
と、メイン処理とがある。
み処理が起動される毎、即ち、一定時間毎に、操作レバ
ー27,28,29に対応するレバー作動器30,3
1,32からの操作信号X1,X2,X3を取り込む処
理(STEP401)と、メイン処理により求められた
出力指令値を制御弁24,25,26の操作部24L,
24R,25L,25R,26L,26Rへ出力する処
理(STEP402)とを行う。
X2,X3に応じて、制御弁24,25,26に与える
べき目標パイロット圧力を演算し(STEP405)、
必要に応じてフィルタ処理などを行い(STEP42
0)、出力すべきパイロット圧力にするための操作部、
即ち電磁弁24L,24R,25L,25R,26L,
26Rへの指令値を求める(STEP421)。
く追加接続された場合の第3の制御装置33の処理を、
図6及び図7に示すフローチャートを用いて説明する。
図6中、図5に示す処理と同じ処理には同じ符号を付し
ている。
の第3の制御装置33の処理にはタイマ割込み処理と、
受信割込み処理と、メイン処理とがある。
に、タイマ割り込み処理が起動される毎、即ち一定時間
毎に、操作レバー27,28,29に対応するレバー作
動器30,31,32からの操作信号X1,X2,X3
を取り込む処理(STEP401)と、第4の制御装置
37より受信した出力指令値を制御弁24,25,26
の操作部24L,24R,25L,25R,26L,2
6Rに出力する処理(STEP402)とを行う。ま
た、図7に示すように、一定時間毎に送信時間管理テー
ブル(後述)のカウント値を増やし(STEP43
0)、予め定めた送信設定時間である周期とカウント値
を比較し(STEP431)、周期とカウント値が等し
くなれば、メイン処理で演算した目標パイロット圧力を
データとして送信する処理を通信手段337(図3参
照)に行わせる(STEP403)。
3参照)が第4の制御装置37からのデータ(制御弁2
4,25,26の操作部24L,24R,25L,25
R,26L,26Rに出力すべき出力指令値)を受信
し、受信割り込み信号がマイコン側に送信される毎、受
信割り込み処理が起動し、通信手段337で受信したデ
ータの格納を行う(STEP404)。
X2,X3に応じて、制御弁24,25,26に与える
べき目標パイロット圧力を演算する(STEP40
5)。
く追加接続された場合の第4の制御装置37は、図6及
び図7にフローチャートで示す処理を行う。
タイマ割込み処理と、受信割込み処理と、メイン処理と
がある。
が起動される毎、即ち一定時間毎に、掘削作業装置7の
角度データである角度検出器34,35,36からの角
度信号α,β,γの入力を行う(STEP406)。ま
た、図7で説明したように、一定時間毎に送信時間管理
テーブル(後述)のカウント値を増やし(STEP43
0)、予め定めた送信設定時間である周期とカウント値
を比較し(STEP431)、周期とカウント値が等し
くなれば、メイン処理で演算した電磁弁への出力指令値
をデータとして第3の制御装置33へ送信する処理を通
信手段375(図4参照)に行わせる(STEP40
7)。
4参照)が第3の制御装置33からのデータ(目標パイ
ロット圧力)を受信し、受信割り込み信号がマイコン側
に送信される毎、受信割り込み処理が起動し、通信手段
375で受信したデータの格納を行う(STEP40
8)。
β,γを元に掘削作業装置7の先端位置の演算を行い、
この位置データと第3の制御装置33より受信した目標
パイロット、表示・設定装置38から受信した範囲制限
制御の設定データを元に姿勢制御演算を行い(STEP
409)、最後に、制御演算結果に基づいた出力指令値
の演算を行う(STEP410)。
制御装置37が共通の通信ライン39に接続されている
か否かで処理を切り換えるものであり、そのために第4
の制御装置37が共通の通信ライン39に接続されてい
るか否かを検出する検出機能と、その検出結果に応じて
処理を切り換える処理切換機能とを有している。以下、
これらの検出機能及び処理切換機能について図8〜図1
1を用いて説明する。
装置37のソフトウエアの全体の処理機能を機能ブロッ
ク図で示すものである。
管理手段71と、フラグ設定手段72と、処理選択・実
行手段73と、処理Aを実行する処理手段74と、処理
Bを実行する処理手段75と、処理Cを実行する処理手
段76と、処理Dを実行する処理手段77とを有してい
る。ここで、処理Aは、図5及び図6に示したSTEP
405の処理に相当し、処理Bは、図5に示したSTE
P420の処理に相当し、処理Cは、図5に示したST
EP421の処理に相当し、処理Dは、図5及び図6に
示したSTEP401,402の処理に相当する。
81と、フラグ設定手段82と、処理選択・実行手段8
3と、処理Eを実行する処理手段84と、処理Fを実行
する処理手段85と、処理Gを実行する処理手段86と
を有している。ここで、処理Eは、図6に示したSTE
P409の処理に相当し、処理Fは、図6に示したST
EP410の処理に相当し、処理Gは、図6に示したS
TEP406の処理に相当する。
図6及び図7に示したタイマ割り込み処理におけるST
EP403及びSTEP430,431の一定時間毎に
データを送信する機能と、図6に示した受信割り込み処
理のSTEP404の機能を有し、第4の制御装置37
の通信管理手段81は図6及び図7に示したタイマ割り
込み処理におけるSTEP407及びSTEP430,
431の一定時間毎にデータを送信する機能と、図6に
示した受信割り込み処理のSTEP408の機能を有し
ている。更に、通信管理手段71,81は、ぞれぞれ、
受信割り込み処理の一部として、データの受信で他の制
御装置が接続されているか否かを検出する機能を有して
いる。
73及び第4の制御装置37の処理選択・実行手段83
は、マイコン内蔵のタイマ機能(図示せず)を用いて、
必要な時間間隔で各処理A〜D及びE〜Gを選択・実行
するプログラムである。
り込み処理における一定時間毎にデータを送信する機能
について、図9〜図13を用いて更に具体的に説明す
る。図9〜図13は送受信管理手段71,81において
作成・使用される各種の送受信管理テーブルを示すもの
である。
ータ定義テーブルの一例である。各データにはデータ固
有のIDが付されている。例えば、データIDの「1」
はブーム用の操作レバー27からのブーム上げの操作信
号を表し、そのデータは2バイト(16ビット)で表さ
れるデータであることを示している。
2(図4参照)に格納されるメッセージ定義テーブルの
一例である。ここで、「メッセージ」とは複数のデータ
をユニット化したものであり、各メッセージにはメッセ
ージ固有の番号が付されている。例えばメッセージ番号
「1」は図9に示すデータ定義テーブルのデータIDが
1,2,3,4のブームとアームの操作信号データ群を
表す。また、データの送受信はメッセージ単位で行わ
れ、送信/受信はメッセージの送受信種別を表し、送信
周期はメッセージの送信の周期間隔を表す。図10は第
4の制御装置37内のテーブルであるので、第4の制御
装置37で演算される、制御弁24,25,26の操作
部(電磁弁)24L,24R,25L,25R,26
L,26Rへの出力指令値データ群であるメッセージ3
が送信属性となり、第3の制御装置33から受信する操
作信号データ群であるメッセージ1とメッセージ2が受
信属性となる。
3に作成される送信時間管理テーブルの一例を表す。例
えば、メッセージ番号3は送信周期が5msであり、カ
ウンタには第4の制御装置37が備えるタイマによって
計時されたカウント値が入力される。
2に格納されるメッセージ定義テーブルの一例である。
このテーブルでは、第3の制御装置33で演算される操
作レバーからの操作信号群であるメッセージ1とメッセ
ージ2が送信属性となり、第4の制御装置37から送信
される出力指令値データ群であるメッセージ3が受信属
性となる。
3に作成される送信時間管理テーブルの一例を表す。例
えば、メッセージ番号1及び2は送信周期が5msであ
り、カウンタには第3の制御装置33が備えるタイマに
よって計時されたカウント値が入力される。
は、データの送信に関して、先に説明した図6及び図7
のタイマ割込み処理におけるSTEP430,431
(図7)及びSTEP403(図6)の処理を行う。即
ち、図7のSTEP430,431では、図13に示し
た送信時間管理テーブルを用い、一定時間毎に送信時間
管理テーブルのカウント値を増やし(STEP43
0)、予め定めた送信設定時間である周期とカウント値
を比較し(STEP431)、周期とカウント値が等し
くなれば、図6のSTEP403で、メイン処理で演算
した目標パイロット圧力をデータとして送信する処理を
通信手段337(図3参照)に行わせる。
は、データの送信に関して、先に説明した図6及び図7
のタイマ割込み処理におけるSTEP430,431
(図7)及びSTEP407(図6)の処理を行う。即
ち、図7のSTEP430,431では、図11に示し
た送信時間管理テーブルを用い、一定時間毎に送信時間
管理テーブルのカウント値を増やし(STEP43
0)、予め定めた送信設定時間である周期とカウント値
を比較し(STEP431)、周期とカウント値が等し
くなれば、STEP407で、メイン処理で演算した電
磁弁への出力指令値をデータとして第3の制御装置33
へ送信する処理を通信手段375(図4参照)に行わせ
る。
受信で他の制御装置が接続されているか否かを検出する
機能について説明する。
4,408の受信割り込み処理の詳細を示すフローチャ
ートである。
図4参照)は共通の通信ライン39から上述した複数の
データをユニット化したメッセージを受信すると、その
メッセージに付された前述したメッセージ番号を識別子
として、そのメッセージがそれぞれの制御装置に必要な
メッセージかどうかを判断し、必要なメッセージであれ
ば受信割り込み信号をマイコン335,374側に送る
機能を有している。マイコン側の通信管理手段71,8
1はその受信割り込み信号を受けて受信割り込み処理を
起動させ、次のような処理を行う。
手段375(図3及び図4参照)が共通の通信ライン3
9から受信した、上述した複数のデータをユニット化し
たメッセージをRAM333(図3参照)又はRAM3
73(図4参照)に格納し(STEP450)、フラグ
設定手段72又は82のフラグに「1」を書き込み(S
TEP451)、処理を終了する。
ラグはそれぞれの制御装置33,37の電源投入直後に
初期化され、初期値として「0」が書き込まれている。
従って、図14の受信割り込み処理が起動され、STE
P451でフラグに「1」を書き込むことは、共通の通
信ライン39にデータを受信すべき他の制御装置(第3
の制御装置33の場合は第4の制御装置37)が接続さ
れたことを検出することであり、処理選択・実行手段7
3,83はその検出結果に応じて制御装置が行うべき処
理を切り換える。
73の処理を、図15に示すフローチャートを用いて説
明する。
ラグの状態を検査し(STEP460)、フラグが
「0」ならば処理A,B,C,Dを実行し(STEP4
61)、終了する。フラグが「1」ならば処理A,Dを
実行し(STEP462)、終了する。
83の処理を、図16に示すフローチャートを用いて説
明する。
ラグの状態を検査し(STEP470)、フラグが
「1」の場合は処理E〜Gを実行し(STEP47
1)、終了する。フラグが「0」の場合は何もしないで
終了する(STEP472)。
は、図17に示すように共通の通信ライン39に第4の
制御装置37が接続されていない場合は、第3の制御装
置33では、上記のように通信管理手段71の受信割り
込み処理が起動されず、フラグは初期値「0」のままで
あり、処理選択・実行手段73は処理A〜Dを選択し起
動する。図17中、起動中の処理ブロックを斜線で示し
ている。このため図5に示した処理がなされ、操作レバ
ーからの操作信号を用いた通常の作業が行える。
信ライン39に第4の制御装置37を追加接続した場合
は、第3の制御装置33では、上記のように通信管理手
段71がフラグに「1」を書き込み、処理選択・実行手
段73は処理A,Dを選択し起動する。また、第4の制
御装置37では、上記のように通信管理手段81がフラ
グに「1」を書き込み、処理選択・実行手段83は処理
E〜Gを選択し実行する。図8中、起動中の処理ブロッ
クを斜線で示している。このため図6に示した処理がな
され、第4の制御装置37を用いた範囲制限制御が行え
る。
グレードアップのため、図17に示す第4の制御装置3
7のない電子制御システムから図1に示す第4の制御装
置37のある電子制御システムに変更する場合でも、第
4の制御装置37を共通の通信ライン39に追加接続す
るだけでそのような変更が行え、第3の制御装置33の
プログラムの変更あるいは第3の制御装置33自体の交
換は不要である。
め、図1に示す電子制御システムから図17に示す電子
制御システムへ変更する場合も、第4の制御装置37を
共通の通信ライン39から切り離すだけでそのような変
更が行え、第3の制御装置33のプログラムの変更ある
いは第3の制御装置33自体の交換は不要である。
エアの変更や制御装置33自体の交換をすることなく、
共通の通信ライン39への制御装置37の追加接続や共
通の通信ライン39からの制御装置37の切り離しが行
え、制御装置37の増減や交換を含むシステムの変更を
容易に行うことができ、開発コストの上昇を少なくする
ことができる。
機能を盛り込んだ制御装置37を追加するだけで、油圧
ショベルの機能アップを図ることができ、保守作業を行
う者の工数を低減する効果がある。
を用いて説明する。図中、図1〜図17に示すものと同
等のものには同じ符号を付している。本実施形態は共通
の通信ラインに3個以上の制御装置が接続される場合の
ものである。
全体構成を示すもので、図中、23A,33,37A,
38Aは、それぞれ、本実施形態に係わる第2の制御装
置、第3の制御装置、第4の制御装置及び第5の制御装
置を構成する表示・設定装置であり、これら第2の制御
装置23A、第3の制御装置33、第4の制御装置37
A及び表示・設定装置38Aは共通の通信ライン39に
接続され、通信ライン39を介して互いにデータの送受
信を行う。
ードウェアの構成は図3及び図4に示した第1の実施形
態のものと実質的に同じである。
成を図19に示す。この第2の制御装置23Aは、図2
に示した第2の制御装置23と同様の構成を有するシン
グルチップマイコン235と、増幅器236及び不揮発
性メモリ(EEPROM)238とを有すると共に、共
通の通信ライン39に接続され、他の制御装置33,3
7A,38Aとの通信を制御する通信手段237を備え
ている。
成を図20に示す。この表示・設定装置38Aは、表示
内容を切り替えるためのスイッチ、キー等の入力手段3
80A,380B,380Cと、入力手段380A,3
80B,380Cからの信号を入力するインターフェー
ス(I/O)381と、中央演算処理装置(CPU)3
82と、制御手順のプログラムや制御に必要な定数を格
納するリードオンリーメモリー(ROM)383と、演
算結果あるいは演算途中の数値を一時記憶するランダム
アクセスメモリ(RAM)384と、出力用のインター
フェース(I/O)385とを含むシングルチップマイ
コン386と、情報を表示するLCD等の表示部387
と、CPU382から表示部387への表示指令を受け
て、表示部387にデータを送る画面表示制御手段38
8と、共通の通信ライン39に接続され、他の制御装置
23A,33,37Aとの通信を制御する通信手段38
9とで構成されている。
3、第4の制御装置37A及び表示・設定装置38Aの
マイコン235,335,374,386におけるソフ
トウエアの全体の処理機能を図21に機能ブロック図で
示す。
理機能は図8に示した第1の実施形態のものと実質的に
同じである。
示した第1の実施形態ものと以下の点を除いて実質的に
同じである。
手段81Aは、図6に示したタイマ割り込み処理におけ
るSTEP407の一定時間毎にデータを送信する機能
において、制御弁24,25,26の操作部(電磁弁)
24L,24R,25L,25R,26L,26Rへの
出力指令値に加え、ブーム回転角度検出器34からの角
度信号αとアーム回転角度検出器35からの角度信号β
をデータとして送信する処理を通信手段375(図4参
照)に行わせる。
手段81Aで作成・使用される送受信管理テーブルであ
るメッセージ定義テーブルの一例であり、図23は同じ
く送信時間管理テーブルの一例である。通信管理手段8
1Aでは、図22に示すように、上記の電磁弁への出力
指令値データ群であるメッセージ3に加え、ブーム角度
信号αとアーム角度信号βのデータ群であるメッセージ
4が送信属性となる。また、図23に示すように、メッ
セージ番号3,4は送信周期がそれぞれ5msであり、
カウンタには第4の制御装置37Aが備えるタイマによ
って計時されたカウント値が入力される。
3Aは通信管理手段91と、フラグ設定手段92と、処
理選択・実行手段93と、処理Lを実行する処理手段9
4と、処理Mを実行する処理手段95と、処理Nを実行
する処理手段96とを有している。ここで、処理Lは、
普通のポンプ傾転制御を行う処理であり、処理Mは、操
作レバーからの操作信号に応じたポンプ傾転制御を行う
処理であり、処理Nは、ポンプ吐出圧Pd及び斜板傾転
位置θを入力する処理である。
1と、フラグ設定手段102と、処理選択・実行手段1
03と、処理Pを実行する処理手段104と、処理Qを
実行する処理手段105とを有している。ここで、処理
Pは、ポンプ吐出圧を表示する処理であり、処理Qは、
オペレータが入力した設定値を表示する処理である。
及び表示・設定装置38Aの通信管理手段101は、第
3及び第4の制御装置33,37のものと同様、タイマ
割り込み処理における一定時間毎にデータを送信する機
能と受信データを格納する受信割り込み処理の機能を有
し、かつ受信割り込み処理の機能の一部として、データ
の受信で他の制御装置が接続されているか否かを検出す
る機能を有している。
段93及び表示・設定装置38Aの処理選択・実行手段
103は、マイコン内蔵のタイマ機能(図示せず)を用
いて、必要な時間間隔で各処理L〜M及びP,Qを選択
・実行するプログラムである。
データを送信する機能について、図24〜図27を用い
て更に具体的に説明する。図24〜図27は送受信管理
手段91,101において作成・使用される各種の送受
信管理テーブルを示すものである。
32(図19参照)に格納されるメッセージ定義テーブ
ルの一例であり、図25は第2の制御装置23AのRA
M233(図19参照)に作成される送信時間管理テー
ブルの一例である。図24において、通信管理手段91
では、表示・設定装置38Aで使用されるポンプ吐出圧
データであるメッセージ5が送信属性となり、第3の制
御装置33から受信する操作信号データ群であるメッセ
ージ1とメッセージ2、第4の制御装置37Aから受信
する出力指令値データ群であるメッセージ3と角度信号
データ群であるメッセージ4とが受信属性となる。図2
5において、例えば、メッセージ番号5は送信周期が1
0msであり、カウンタには第2の制御装置23Aが備
えるタイマによって計時されたカウント値が入力され
る。
83(図20参照)に格納されるメッセージ定義テーブ
ルの一例であり、図27は表示・設定装置38AのRA
M384(図20参照)に作成される送信時間管理テー
ブルの一例である。図26において、通信管理手段10
1では、第4の制御装置37Aで使用される設定値であ
るメッセージ6が送信属性となり、第3の制御装置33
から受信する操作信号データ群であるメッセージ1とメ
ッセージ2、第4の制御装置37Aから受信する出力指
令値データ群であるメッセージ3と角度信号データ群で
あるメッセージ4と、第2の制御装置23Aから受信す
るポンプ吐出圧データであるメッセージ5が受信属性と
なる。図27において、例えば、メッセージ番号6は送
信周期が50msであり、カウンタには表示・設定装置
38Aが備えるタイマによって計時されたカウント値が
入力される。
及び表示・設定装置38Aの通信管理手段101は、デ
ータの送信に関して、図25及び図27に示した送信時
間管理テーブルを用い、第1の実施形態で説明した図6
及び図7のタイマ割込み処理におけるSTEP430,
431(図7)及びSTEP403又は407(図6)
と同様にデータを送信する処理を行う。
段91及び表示・設定装置38Aの通信管理手段101
の受信割り込み機能及びその機能の一部であるデータの
受信で他の制御装置が接続されているか否かを検出する
機能について説明する。
手段92及び表示・設定装置38Aのフラグ設定手段1
02におけるフラグの構成を図28に示す。フラグの構
成は、図に示すそれぞれ4ビット構成となっており、ビ
ット1は第2の制御装置23Aからのメッセージの受
信、ビット2は第3の制御装置33からのメッセージの
受信、ビット3は第4の制御装置37Aからのメッセー
ジの受信、ビット4は表示・設定装置38Aからのメッ
セージの受信にそれぞれ割り当てられ、それぞれの受信
割り込み信号でONする(「1」を書き込む)構成とな
っている。
手段91における受信割り込み処理を示すフローチャー
トである。
37(図19参照)は共通の通信ライン39から上述し
た複数のデータをユニット化したメッセージを受信する
と、そのメッセージに付された前述したメッセージ番号
を識別子として、そのメッセージが第2の制御装置23
Aに必要なメッセージかどうかを判断し、必要なメッセ
ージであれば受信割り込み信号をマイコン235側に送
る機能を有している。マイコン側の通信管理手段91は
その受信割り込み信号を受けて受信割り込み処理を起動
させ、次のような処理を行う。
通信ライン39から受信した、上述した複数のデータを
ユニット化したメッセージをRAM233(図19参
照)に格納し(STEP455)、その後そのメッセー
ジに付されたメッセージ番号を識別子として、そのメッ
セージがどの制御装置からのメッセージであるかどうか
を判断し、第3の制御装置33からのメッセージであれ
ば、フラグのビット2をONし(「1」を書き込み)、
第4の制御装置37Aからのメッセージであれば、フラ
グのビット3をONし(「1」を書き込み)、表示・設
定装置38Aからのメッセージであれば、フラグのビッ
ト4をONし(「1」を書き込み)(STEP45
6)、処理を終了する。
ビットは第2の制御装置23Aの電源投入直後に初期化
され、初期値として「0」が書き込まれている。従っ
て、図29の受信割り込み処理が起動され、STEP4
56でフラグの各ビットに「1」を書き込むことは、共
通の通信ライン39にデータを受信すべき他の制御装置
(第2の制御装置23Aの場合は第3の制御装置33、
第4の制御装置37A及び表示・設定装置38A)が接
続されたことを検出することであり、処理選択・実行手
段93はその検出結果に応じて第2の制御装置23Aが
行うべき処理を切り換える。
に示すフローチャートを用いて説明する。
ラグのビット2の状態を検査し(STEP480)、ビ
ット2がOFF(「0」)ならば処理L,Nを実行し
(STEP481)、終了する。ビット2が「1」なら
ば処理M,Nを実行し(STEP482)、終了する。
は、メッセージ番号1,2の付いたメッセージを受信す
ることで第3の制御装置33の接続を検出した場合は、
処理M,Nを選択して、操作レバーの操作信号を利用し
て、油圧ポンプ18の斜板位置調節部20への出力値の
演算を行い、第3の制御装置33からのデータを受信せ
ずに第3の制御装置33の接続を検出しなかった場合
は、処理L,Mを選択して、操作信号データを用いない
で斜板位置調節部20への出力値の演算を行う。また、
図示はしないが、ビット3、ビット4のON,OFF状
態を見ることにより、第4の制御装置37Aからの受信
メッセージである制御用の出力指令値又は表示・設定装
置38Aからの受信メッセージである設定値を使用した
ポンプ傾転制御を行う処理を選択し、油圧ポンプ18を
制御することも可能である。
手段101における受信割り込み処理を示すフローチャ
ートである。
89(図20参照)は共通の通信ライン39から上述し
た複数のデータをユニット化したメッセージを受信する
と、そのメッセージに付された前述したメッセージ番号
を識別子として、そのメッセージが表示・設定装置38
Aに必要なメッセージかどうかを判断し、必要なメッセ
ージであれば受信割り込み信号をマイコン386側に送
る機能を有している。マイコン側の通信管理手段101
はその受信割り込み信号を受けて受信割り込み処理を起
動させ、次のような処理を行う。
通信ライン39から受信した、上述した複数のデータを
ユニット化したメッセージをRAM384(図20参
照)に格納し(STEP457)、その後そのメッセー
ジに付されたメッセージ番号を識別子として、そのメッ
セージがどの制御装置からのメッセージであるかどうか
を判断し、第2の制御装置23Aからのメッセージであ
れば、フラグのビット1をONし(「1」を書き込
み)、第3の制御装置33からのメッセージであれば、
フラグのビット2をONし(「1」を書き込み)、第4
の制御装置37Aからのメッセージであれば、フラグの
ビット3をONし(「1」を書き込み)、(STEP4
58)、処理を終了する。
各ビットは表示・設定装置38Aの電源投入直後に初期
化され、初期値として「0」が書き込まれている。従っ
て、図31の受信割り込み処理が起動され、STEP4
58でフラグの各ビットに「1」を書き込むことは、共
通の通信ライン39にデータを受信すべき他の制御装置
(表示・設定装置38Aの場合は第2の制御装置23
A、第3の制御装置33及び第4の制御装置37A)が
接続されたことを検出することであり、処理選択・実行
手段103はその検出結果に応じて表示・設定装置38
Aが行うべき処理を切り換える。
2に示すフローチャートを用いて説明する。
フラグのビット1の状態を検査し(STEP490)、
ビット1がOFF(「0」)ならば処理Qを実行し(S
TEP491)、終了する。ビット1が「1」ならば処
理Pを実行し(STEP492)、終了する。
は、操作者の要求に応じて第2の制御装置23Aから送
られてくるメッセージ5を元にポンプ吐出圧Pdを表示
する。また、図示はしないが、ビット2、ビット3のO
N,OFF状態を見ることにより、第3の制御装置33
から送られてくるメッセージ番号1,2の付いたメッセ
ージを元に操作レバーの操作信号を表示し、第4の制御
装置37Aから送られてくるメッセージ番号3の付いた
メッセージを元に掘削作業装置の角度α,βを表示する
処理を選択し、それらを表示することも可能である。
は、第3の制御装置33及び第4の制御装置37Aにつ
いては、第1の実施形態のものと同様に機能する。
し、第3の制御装置33が共通の通信ライン39に接続
されていない場合は、第2の制御装置23Aでは、上記
のように通信管理手段91の受信割り込み処理でフラグ
のビット2はOFF(初期値「0」)のままであり、処
理選択・実行手段93は処理L,Nを選択し起動する。
このため、操作信号データを用いないで斜板位置調節部
20への出力値の演算を行い、油圧ポンプの吐出量を制
御する。
ン39に第3の制御装置33を追加接続した場合は、第
2の制御装置23Aでは、上記のように通信管理手段9
1の受信割り込み処理でフラグのビット2をONにし
(「1」を書き込み)、処理選択・実行手段93は処理
M,Nを選択し起動する。このため、操作レバーの操作
信号を利用して、油圧ポンプ18の斜板位置調節部20
への出力値の演算を行い、レバー操作量に応じた油圧ポ
ンプ18の吐出量制御を行う。
し、第2の制御装置27Aが共通の通信ライン39に接
続されていない場合は、表示・設定装置38Aでは、上
記のように通信管理手段101の受信割り込み処理でフ
ラグのビット1はOFF(初期値「0」)のままであ
り、処理選択・実行手段103は処理Qを選択し起動す
る。このため、表示・設定装置38Aはオペレータが入
力した設定値を表示する。
ン39に第2の制御装置23Aを追加接続した場合は、
表示・設定装置38Aでは、上記のように通信管理手段
101の受信割り込み処理でフラグのビット1をONに
し(「1」を書き込み)、処理選択・実行手段103は
処理Pを選択し起動する。このため、表示・設定装置3
8Aは操作者の要求に応じて第2の制御装置23Aから
送られてくるメッセージ5を元にポンプ吐出圧Pdを表
示する。
装置23A及び表示・設定装置38Aのようにデータを
受信する制御装置が複数あり、処理手段94〜96又は
処理手段104,105がそれら複数の制御装置からの
送信データを用いて演算処理を行う場合でも、通信管理
手段は91,101はフラグのビットのON・OFFで
それら複数の制御装置の接続の有無を個別に検出し、処
理選択・実行手段93,103に適切な演算処理の切り
換えを行わせ、それぞれの演算処理を行うので、既存の
制御装置23A又は38Aのソフトウエアの変更や制御
装置23A又は38A自体の交換をすることなく、共通
の通信ライン39への制御装置33又は23Aの追加接
続や共通の通信ライン39からの制御装置33又は23
Aの切り離しが行え、制御装置33又は23Aの増減や
交換を含むシステムの変更を容易に行うことができ、開
発コストの上昇を少なくすることができる。
対し、新たな機能を盛り込んだ制御装置33又は23A
を追加するだけで、油圧ショベルの機能アップを図るこ
とができ、保守作業を行う者の工数を低減する効果があ
る。
油圧ショベルについて説明したが、同様の作業装置とそ
の制御系、油圧機器とその制御系又は操作系など、それ
ぞれ制御装置を有する複数の制御系又は操作系を備えた
建設機械であれば、本発明を同様に適用することができ
る。
の通信ラインを介して接続した建設機械の電子制御シス
テムにおいて、既存の制御装置のソフトウエアの変更や
制御装置自体の交換をすることなく、共通の通信ライン
への制御装置の追加接続や共通の通信ラインからの制御
装置の切り離しが行え、制御装置の増減や交換を含むシ
ステムの変更を容易に行え、要求される機能に応じた種
々の電子制御システムを安価に提供することができる。
電子制御システムを、油圧ショベル及び油圧システムと
共に示す図である。
す図である。
す図である。
す図である。
ていない場合の第3の制御装置の処理内容を示すフロー
チャートである。
ている場合の第3の制御装置の処理内容を、第4の制御
装置の処理内容と共に示すフローチャートである。
送信処理において、予め決められた送信周期になったか
どうかを管理する処理を示すフローチャートである。
エアの全体の処理機能を示す機能ブロック図である。
ブルの一例を示す図である。
テーブルを示す図である。
ーブルを示す図である。
テーブルを示す図である。
ーブルを示す図である。
われる受信割り込み処理を示すフローチャートである。
れる選択・実行処理を示すフローチャートである。
れる選択・実行処理を示すフローチャートである。
続されている場合の第3の制御装置の処理機能の状態を
示す図である。
の電子制御システムを、油圧ショベル及び油圧システム
と共に示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
御装置及び表示・設定装置のソフトウエアの全体の処理
機能を示す機能ブロック図である。
テーブルを示す図である。
ーブルを示す図である。
テーブルを示す図である。
ーブルを示す図である。
テーブルを示す図である。
ーブルを示す図である。
る。
信割り込み処理を示すフローチャートである。
れる選択・実行処理を示すフローチャートである。
信割り込み処理を示すフローチャートである。
れる選択・実行処理を示すフローチャートである。
コン 237,337,375,389…通信手段
Claims (4)
- 【請求項1】作業装置、油圧ポンプ、前記作業装置を駆
動するアクチュエータ、前記油圧ポンプから前記アクチ
ュエータに供給される圧油を制御する制御弁を操作する
操作手段を備える建設機械に、前記作業装置、油圧ポン
プ、操作手段のいずれかに係わる複数の制御装置を設
け、これら複数の制御装置を共通の通信ラインを介して
互いに接続しデータの送受信を行う建設機械の電子制御
システムにおいて、 前記複数の制御装置の少なくとも1つは、他の制御装置
からの送信データを用いずに演算処理を行う第1処理手
段と、他の制御装置からの送信データを用いて演算処理
を行う第2処理手段と、前記共通の通信ラインに前記他
の制御装置が接続されているか否かを検出する検出手段
と、前記検出手段で他の制御装置の接続が検出されない
ときは前記第1処理手段の演算処理を実行し、前記検出
手段で他の制御装置の接続が検出されると前記第2処理
手段の演算処理を実行する処理切換手段とを備えること
を特徴とする建設機械の電子制御システム。 - 【請求項2】請求項1記載の建設機械の電子制御システ
ムにおいて、前記検出手段は前記他の制御装置からのデ
ータの受信の有無で他の制御装置の接続の有無を検出す
ることを特徴とする建設機械の電子制御システム。 - 【請求項3】請求項2記載の建設機械の電子制御システ
ムにおいて、前記検出手段は他の制御装置からのデータ
の受信の有無でフラグの状態を変え、前記処理切換手段
はそのフラグの状態で他の制御装置の接続の有無を判別
し、実行すべき演算処理を切り換えることを特徴とする
建設機械の電子制御システム。 - 【請求項4】請求項1記載の建設機械の電子制御システ
ムにおいて、前記他の制御装置は複数あり、この複数の
他の制御装置から送信されるそれぞれのデータにデータ
固有の識別子を付しておき、前記検出手段は、前記複数
の他の制御装置からのデータの受信の有無で前記複数の
他の制御装置の接続の有無を検出すると共に、受信した
データの識別子で前記複数の他の制御装置のいずれが接
続されているかを検出することを特徴とする建設機械の
電子制御システム。
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JP2003213730A (ja) * | 2002-01-16 | 2003-07-30 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 建設機械の電子制御システム |
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1998
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