CN112987681A - 安全检测器和包括该安全检测器的安全检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全检测器(20)，其包括被配置用于读取输入端处的控制信号(S_IN)的检测模块(IN)，所述检测器包括两个电源端子、第一控制输入端(I1)和第一控制输出端(C1)、第一安全输出端(OSSD1)和第二安全输出端(OSSD2)、以及第一自由端子和第二自由端子，所述检测器包括：‑连接到第一自由端子的第二控制输入端(I2)和连接到第二自由端子的第二控制输出端(C2)，‑被配置用于特别应用第一测试序列测试模块，该第一测试序列包括禁用第一控制输出端(C1)和测试连接在第二控制输出端(C2)和第一控制输入端(I1)之间的启动环路(B_ST)。

Description

安全检测器和包括该安全检测器的安全检测系统

技术领域

本发明涉及一种安全检测器和包括该检测器的安全检测系统。本发明还涉及在该安全检测器中实施的控制方法。

背景技术

存在各种类型的安全检测器。例如，安全检测器可以采取安全挡光板、带有牵引电缆的安全开关、或被称为无接触型安全检测器的形式。后者是一种无接触型设备，包括由微控制器控制的传感器(也被称为“阅读器”)和应答器(也被称为“编码致动器”)。

安全检测器可以包括两个冗余安全输出端(被称为OSSD输出端，“Output SignalSwitching Device(输出信号开关设备)”)。当这些输出端处于关闭状态时，受安全检测器保护的应用可以运行。举例来说，在无接触型安全检测器的情况下，传感器安装在要保护的设施的保护设备的固定部分上(例如，用于进入危险区域的门框)，应答器安装在保护设备的移动部分上。

应答器和传感器之间没有接触。射频技术(radiofrequency technology，RFID)的使用允许传感器和应答器之间的通信。传感器和应答器已经(例如在制造期间)被预先配对，并且传感器将唯一的代码加载到将与之一起出售的应答器中。所记录的数字代码是所配对的传感器接受的唯一“密钥”。

当应答器进入由传感器产生的射频场时，传感器检测应答器并读取应答器的存储器中的数据。

如果由传感器请求的来自应答器的代码正确，则来自传感器的两个冗余安全输出端进入关闭状态(以下称为ON状态)，这意味着设施的保护设备关闭，并且意味着机器可以运行。

如果应答器离开由传感器产生的磁场(例如，当要保护的危险区域的门被打开时)，则传感器的两个冗余安全输出端进入打开状态(以下称为OFF状态)，以停止机器。

上文描述的安全检测器中的一些还被设计成自主操作，换言之，它们的两个安全输出端直接连接到配备有机械触点的接触器，而无需任何中间继电器或可编程控制器(programmable controller，PLC)。一般来说，安全检测器上可用的连接系统是带有八个引脚的M12型的连接器。

一般来说，安全检测器可以具有两种可用的操作模式。当应用于无接触型安全检测器时，这两种操作模式如下：

在被称为自动启动的第一种操作模式中，只要配对的应答器出现在传感器的检测区域中，传感器在启动后就处于被称为RUN的状态无需操作员干预。当传感器被接通时，传感器因此经历初始化阶段，在初始化阶段期间其安全输出端处于OFF状态。如果未检测到故障，并且如果应答器位于传感器的检测区域中，则检测器自动进入RUN状态，并且两个安全输出端进入ON状态。随后，如果应答器离开传感器的检测区域，传感器从RUN状态进入STOP状态，并且两个安全输出端被切换到OFF状态。传感器保持在STOP状态，直到配对的应答器再次进入检测区域(而没有检测到故障)。在后一种情况下，传感器随后自动从STOP状态回到RUN状态，并且两个安全输出端可以切换到ON状态。

在被称为手动启动的第二操作模式中，当接通时，传感器经历初始化阶段，在初始化阶段期间，其安全输出端处于OFF状态。如果自动测试后没有检测到故障，则它将进入START/RESTART状态。为了进入RUN状态并使其安全输出端进入ON状态，配对的应答器必须位于检测区域，且未检测到故障，操作员必须致动启动按钮并将其释放(监控启动)。

当传感器处于RUN状态时，如果应答器离开检测区域，则传感器将自动进入STOP状态，并且其安全输出端从ON状态进入OFF状态。如果配对的应答器返回到检测区域中(并且如果没有检测到故障)，则传感器返回到START/RESTART状态，并且传感器的安全输出端保持在OFF状态直到按钮被致动。

带有自主操作的安全检测器包括被称为EDM(“External Device Monitoring”，外部设备监控)的外部回路，允许验证诸如接触器的开关设备是否正确响应检测器的安全输出端。

EDM型回路监控连接到检测器的两个安全输出端的外部接触器。为此，它监控这些外部接触器的常闭(normally-closed,NC)触点。如果外部回路未关闭，则检测器不得启用其安全输出端。

现在可能希望将急停设备连接到如上文所述的自主类型的安全检测器，以便在其中包括附加的安全功能。然而，在其自主版本(换言之，不使用安全逻辑块)中，由于检测器仅包括八个电气端子，所以急停功能的添加可以被证明是复杂的。通常，检测器的端子以下列方式布线：

-两个电源端子连接到电源；

-安全输出端的两个端子各自以冗余方式连接到应用的接触器；

-用于EDM监控功能的一个或两个端子连接到外部回路。

因此，只剩下两个或三个端子可用。然而，为了连接带有两个冗余触点的急停设备，需要四个附加端子。因此，在检测器的常规配置中，其不适于与急停设备相关联而同时保留其当前功能。

因此，本发明的目的是提供一种被设计成与急停设备相关联的仅配置有八个连接端子的安全检测器，以及一种允许急停设备与这种安全检测器相关联的解决方案。

当安全检测器是自主类型时，换言之，其包括足以直接控制机器的接触器的集成智能而不使用安全逻辑块时，本发明的解决方案显著地提供了优势。

发明内容

该目的通过一种安全检测器来实现，该安全检测器包括被配置用于读取输入端处的控制信号的检测模块，该检测器包括两个电源端子、第一控制输入端和第一控制输出端、第一安全输出端和第二安全输出端，以及第一自由端子和第二自由端子，该检测器还包括：

-连接到第一自由端子的第二控制输入端和连接到第二自由端子的第二控制输出端，

-测试模块，被配置用于应用第一测试序列和/或第二测试序列，第一测试序列包括禁用第一控制输出端和测试连接在第二控制输出端和第一控制输入端之间的启动回路，第二测试序列包括禁用第二控制输出端和测试连接在第一控制输出端和第二控制输入端之间的启动回路。

根据一个特定实施例，测试模块被配置用于执行第三测试序列，该第三测试序列包括启用第二控制输出端和读取第二控制输入端的状态。

根据另一特定实施例，测试模块被配置用于执行第四测试序列，该第四测试序列包括读取第一控制输出端的状态和第二控制输出端的状态。

根据另一特定实施例，检测器包括被配置用于运行该测试模块的控制和处理单元。

根据另一特定实施例，控制和处理单元被配置用于运行：

-用于读取每个控制输入端的状态的模块；

-用于考虑其控制输入端的状态来确定操作状态的模块；

-用于根据所确定的操作状态来控制其安全输出端和控制输出端的一个或多个模块。

根据一个变型实施例，安全检测器可以是无接触型的，并且包括：

-传感器和与传感器配对的应答器，

-当应答器出现在传感器的检测区域中时，控制信号被修改。

根据另一变型实施例，安全检测器可以是挡光板型的，控制信号通过穿过挡光板来修改。

根据另一变型实施例，安全检测器可以是使用电缆致动型的，控制信号通过电缆的牵引来修改。

本发明还涉及一种安全检测系统，包括如上所述的安全检测器、具有两个冗余触点的急停设备和启动回路，该系统的特征在于：

-启动回路连接在安全检测器的第一控制输出端和第二控制输出端之间；

-急停设备的第一冗余触点连接在第一控制输入端和第一控制输出端之间，急停设备的第二冗余触点连接在第二控制输入端和第二控制输出端之间。

根据一个特定实施例，启动回路包括启动按钮。

根据另一特定实施例，启动回路包括两个接触器的两个常闭触点，用于控制要控制的设施。

本发明还涉及一种在如上文所定义的安全检测系统中采用的安全检测器中实施的控制方法，该方法包括第一测试序列和/或第二测试序列，第一测试序列包括以下步骤：

-禁用检测器的第一控制输出端；

-通过启用检测器的第二控制输出端并通过读取检测器的第一控制输入端的状态来测试启动回路的状态；

第二测试序列包括以下步骤：

-禁用检测器的第二控制输出端；

-通过启用第一控制输出端并通过读取检测器的第二控制输入端的状态来测试启动回路的状态。

根据一个特定实施例，只要在第一测试序列期间没有启用第一控制输入端，和/或只要在第二测试序列期间没有启用第二控制输入端，测试步骤就被实施若干次。

根据另一特定实施例，该方法包括通过启用安全输出端的启动步骤和针对第一测试序列重新启用第一控制输出端的步骤。

根据另一特定实施例，该方法包括通过启用安全输出端的启动步骤和针对第二测试序列重新启用第二控制输出端的步骤。

根据一个特定实施例，在启动步骤之后，该方法包括用于监控第一控制输入端和第一控制输出端之间的急停设备的第一冗余触点以及用于监控第二控制输入端和第二控制输出端之间的急停设备的第二冗余触点的步骤。

本发明还涉及如上文所定义的安全检测系统的使用，用于监控由设备保护的电气设施的启动，该设备包括安全检测器的传感器固定在其上的固定部分和安全检测器的应答器固定在其上的移动部分。

附图说明

在下面参考附图给出的详细描述中，其他特征和优点将变得显而易见，其中：

图1A示意性地示出了传统安全检测器的架构；

图1B示意性地示出了具有传感器和应答器的无接触型安全检测器的架构；

图2A至图2C示出了在设施的保护中所采用的无接触型安全检测器的工作原理；

图3示出了无接触型安全检测器的传感器的传统布线架构；

图4示出了本发明的安全检测系统的布线原理；

图5A和图5B示出了本发明的系统的操作原理；

图6示出了作为图5A所示操作原理的替代或补充的测试原理。

具体实施方式

在下面的描述中，OFF状态被定义为安全检测器的输入端的禁用状态或输出端的打开状态，ON状态被定义为安全检测器的输入端的启用状态或输出端的关闭状态。

以已知的方式，通过在与输出端或输入端相关联的电气端子上产生非零电势来定义输出端或输入端的ON状态，并且通过在与输出端或输入端相关联的电气端子上不产生电势来定义输出端或输入端的OFF状态。

以已知的方式，输入端或输出端由一个或多个晶体管形成，输入端由控制和处理单元读取，输出端由来自控制和处理单元的信号控制打开(OFF状态)或关闭(ON状态)。

每个输出端的状态可以由指示灯指示。

参考图1A，一般来说，安全检测器2仅包括八个电气连接端子，这将在下文中详细描述。

检测器2通常包括用于检测在输入端处产生的控制信号S_IN的至少一个模块。根据检测器的类型，可以通过致动或释放电缆10、通过切割挡光板100的光束、或者当传感器2是无接触型安全检测器时通过传感器2的检测区域中应答器1的不存在或存在来修改控制信号S_IN。

检测器2包括在检测器的两个安全输出端子上可用的两个冗余安全输出端，记为OSSD1和OSSD2。

检测器包括被设计为连接到外部电源的两个电源端子(0V和24V)，并且其内部电路连接到这两个电源端子以便供电。

检测器包括连接到控制输入端子的控制输入端I1和在控制输出端子上可用的潜在控制输出端C1。

传感器包括处理和控制单元UC(control unit，UC)，其示意性地包括：

-用于检测控制信号S_IN的模块IN；

-用于读取控制输入端I1的状态的模块；

-用于考虑到检测器的输入端状态(信号S_IN和I1)来确定检测器的操作状态的模块；

-用于根据所确定的操作状态来控制安全输出端OSSD1、OSSD2和控制输出端C1的模块。

参考图1B，在无接触型安全检测器的情况下，检测器包括传感器3和应答器1。传感器3和应答器1被制造在两个分离且独立的外壳中，以这种方式分别可固定到保护设备的固定部分和移动部分上(例如，图2A至图2C中的危险机器M的进入装置P)。这种检测器通过采用RFID(“射频识别”)类型的无接触技术来操作。应答器1被分配存储在其存储器中的唯一代码。传感器3和应答器1配对。当传感器3已知的应答器1出现在传感器3的检测区域中时，控制信号S_IN被修改。传感器3的处理和控制单元UC的检测模块IN读取存储在应答器1中的代码。

以非限制性的方式，本发明的原理在下文中针对无接触型安全检测器进行了描述，但是容易理解，该原理可以应用于所有类型的安全检测器，特别是上文已经描述的那些(挡光板、电缆检测器等)。实际上，由于本发明的特征主要与存在于检测器中的测试模块和检测器的布线类型相关，所以可以理解，存在于输入端处的控制信号可以是任何类型的。

如上所述，安全检测器可以具有自动启动或被监控的手动启动。在自动启动的情况下，检测器包括两种操作模式：

-当应答器1出现在传感器3的检测区域时的RUN模式；启动“自动测试”后，安全输出端被自动切换到ON状态；

-当应答器1不再处于传感器3的检测区域时的STOP模式；然后安全输出端被切换到OFF状态。

在被监控的手动启动的情况下，系统包括启动回路B_ST，该回路B_ST包括与检测器相关联的启动按钮SW，该启动按钮SW可以采取两种不同的状态，打开(OFF)或关闭(ON)。因此，检测器2包括三种操作模式：

-当应答器不再处于传感器的检测区域时(设备P打开)的STOP模式(图2A)；因此，安全输出端被切换到OFF状态；

-当应答器1出现在传感器3的检测区域(设备P关闭)但启动回路保持断开(按钮SW处于OFF状态)时的START/RESTART模式(图2B)；因此，安全输出端处于OFF状态；

-当应答器1出现在传感器3的检测区域(设备P关闭)时的RUN模式(图2C)，并且当后者在按钮SW进入ON状态后检测到启动回路闭合，然后其释放；然后，安全输出端被切换到ON状态。

在两种配置(自动启动或被监控的手动)中，检测器2可以包括故障检测模块，如果检测到故障的存在，该故障检测模块能够将输出端保持在OFF状态。该模块不构成本发明的一部分，因此不在本申请中描述。

可以看出，当检测器具有被监控的手动启动时，并且因此当需要读取启动回路B_ST时，本发明提供了优势。

此外，如上所述，检测器可以具有自主操作，换言之，要控制的机器M的接触器K1、K2直接连接到传感器的安全输出端，而不经由安全逻辑块。换言之，一旦安全输出端进入ON状态，控制机器的接触器就会被开关。传统上，接触器K1、K2以冗余方式连接到机器M，以确保即使在两个接触器之一发生故障的情况下机器M也停机。

本发明旨在提供一种安全解决方案，其中急停设备AU与安全检测器相关联。本发明主要在于安排检测器能够自行管理这种急停功能。当检测器是自主类型时，本发明提供了特别的优点。

作为提醒，急停设备AU是特别包括控制按钮和至少两个NC(常闭)型冗余触点AU_1、AU_2的设备。它被设计成连接到设施的电路。在异常情况下，按下控制按钮打开两个冗余触点，允许电气设施停止。应用冗余是为了检测任何操作差异。

图3示出了没有急停设备的情况下自主类型的安全检测器2的布线。在图3中，有：

-两个电源端子0V、24V，连接到用于向其施加给定电压(此处为24V)的外部电源；

-两个安全输出端，记为OSSD1和OSSD2(“输出信号开关设备”)，每个安全输出端经由两个安全端子连接到要控制机器M的接触器(每个接触器K1、K2的控制线圈KM1、KM2)；

-第一控制输入端I1和第一控制输出端C1经由启动回路B_ST连接在一起，启动回路B_ST包括启动按钮SW和两个接触器的常闭触点K11、K12。

如上所述，在这种情况下，检测器2仅包括两个自由端子B(换言之，不连接到检测器的输入端或输出端)，这在理论上不足以将急停设备AU的两个冗余触点AU_1、AU_2连接到它们。

图4示出了包括具有两个冗余触点的急停设备AU、根据本发明的安全检测器20和启动回路B_ST的系统的布线原理。根据该接线原理，两个自由端子用于检测器20中的第二控制输入端I2和第二控制输出端C2。因此，在图4中，有：

-两个电源端子0V、24V，连接到用于向其施加给定电压(此处为24V)的外部电源；

-两个安全输出端OSSD1和OSSD2，其各自经由两个安全输出端子连接到要控制的机器的独立接触器(控制线圈KM1、KM2)；两个接触器K1、K2以冗余方式相关联，以用于控制机器；

-连接在第一控制输出端C1和第二控制输出端C2之间的启动回路B_ST；

-连接在第一控制输入端I1和第一控制输出端C1之间的急停设备的第一冗余触点AU_1，以及连接在第二控制输入端I2和第二控制输出端C2之间的急停设备的第二冗余触点AU_2。

在这种特定的布线配置中，在检测器的控制和处理单元UC中，特定的测试软件模块被添加到上述其他软件模块中。该测试模块被设计成管理急停设备AU的添加，同时保护对启动回路B_ST的监控。

有利地，当检测器处于START/RESTART模式时，该测试模块有利地由控制和处理单元UC运行。在这种情况下，参考图5A和图5B，测试模块执行以下操作序列：

图5A

-测试模块禁用第一控制输出端C1，然后进入OFF状态；

-测试模块通过将第二控制输出端C2切换到ON状态同时读取第一控制输入端I1的状态来测试启动回路B_ST(图5A中用较暗的线表示的路径)的状态；

-当按下启动按钮开关时，第一控制输入端I1进入ON状态，这意味着启动回路B_ST被闭合，第一冗余触点AU_也被闭合。

图5B

-控制和处理单元UC控制检测器被切换到RUN模式；

-两个安全输出端OSSD1、OSSD2被切换到ON状态，第一控制输出端C1被切换回ON状态；

-急停设备AU的两个冗余触点AU_1、AU_2的状态由控制和处理单元UC分别在传感器30的第一控制输入端I1和第一控制输出端C1之间以及在第二控制输入端I2和第二控制输出端C2之间(由图5B中较暗的线表示的路径)进行监控。

参考图6，作为结合图5A描述的序列的替代或补充，测试模块还可以被配置用于测试第一控制输出端C1和第二控制输入端I2之间的启动回路。在这种情况下，第二个控制输出端C2在测试前被禁用，然后在测试后重新启用。

应当注意，也可以在C2、C1两个控制输出端之间实施短路测试。只要测试为正(两个输出端之间短路)，启动就不可能。

作为补充，也可以通过启用控制输出端C2和通过监控第二控制输入端I2的状态来测试第二冗余触点AU_2。如果C2和I2之间的路径是闭合的，这意味着冗余触点AU_2确实是闭合的。

在监控启动回路的过程中，一旦启动按钮SW被释放，也可以检测到启动按钮SW上可能的短路。

通过特定的布线配置和在检测器的控制和处理单元中添加特定的测试模块，可以在采用仅包括八个连接端子的检测器的同时向系统添加急停功能。

本发明提供了许多优点，其中包括：

-一种可以在安全检测系统中简单地实施添加急停功能的解决方案；

-一种允许取消安全逻辑块的使用的解决方案，其中用于管理急停的功能通过检测器来实施；

-一种允许系统保持在初始尺寸内的解决方案，其中检测器只有八个端子。

Claims (17)

1.一种安全检测器(20)，其包括被配置用于读取输入端处的控制信号(S_IN)的检测模块(IN)，所述安全检测器包括两个电源端子、第一控制输入端(I1)和第一控制输出端(C1)、第一安全输出端(OSSD1)和第二安全输出端(OSSD2)、以及第一自由端子和第二自由端子，其特征在于包括：

-连接到第一自由端子的第二控制输入端(I2)和连接到第二自由端子的第二控制输出端(C2)，

-测试模块，被配置用于应用第一测试序列和/或第二测试序列，第一测试序列包括禁用第一控制输出端(C1)和测试连接在第二控制输出端(C2)和第一控制输入端(I1)之间的启动回路(B_ST)，第二测试序列包括禁用第二控制输出端(C2)和测试连接在第一控制输出端(C1)和第二控制输入端(I2)之间的启动回路(B_ST)。

2.根据权利要求1所述的安全检测器，其特征在于，所述测试模块被配置用于执行第三测试序列，所述第三测试序列包括启用第二控制输出端(C2)和读取第二控制输入端(I2)的状态。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的安全检测器，其特征在于，所述测试模块被配置用于执行第四测试序列，所述第四测试序列包括读取第一控制输出端(C1)的状态和第二控制输出端(C2)的状态。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的安全检测器，其特征在于，所述安全检测器包括被配置用于运行所述测试模块的控制和处理单元。

5.根据权利要求4所述的安全检测器，其特征在于，所述控制和处理单元被配置用于运行：

-用于读取每个控制输入端(I1，I2)的状态的模块；

-用于考虑到所述安全检测器的控制输入端的状态来确定操作状态的模块；

-用于根据所确定的操作状态控制所述安全检测器的安全输出端(OSSD1、OSSD2)和所述安全检测器的控制输出端(C1、C2)的一个或多个模块。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的安全检测器，其特征在于，它是无接触型的，并且包括：

-传感器(30)和与所述传感器(30)配对的应答器(1)，

-当所述应答器出现在传感器(30)的检测区域中时，控制信号(S_IN)被修改。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的安全检测器，其特征在于，它是挡光板型的(100)，并且其特征在于所述控制信号(S_IN)通过穿过所述挡光板来修改。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的安全检测器，其特征在于，所述安全检测器是由线缆(10)致动型的，并且其特征在于所述控制信号(S_IN)通过所述线缆的牵引来修改。

9.一种安全检测系统，包括如权利要求1至8中任一项所述的安全检测器(20)、具有两个冗余触点(AU1，AU2)的急停设备(AU)和启动回路(B_ST)，其特征在于：

-启动回路(B_ST)连接在安全检测器的第一控制输出端(C1)和第二控制输出端(C2)之间；

-急停设备的第一冗余触点(AU_1)连接在第一控制输入端(I1)和第一控制输出端(C1)之间，急停设备的第二冗余触点(AU_2)连接在第二控制输入端(I2)和第二控制输出端(C2)之间。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述启动回路(B_ST)包括启动按钮(SW)。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述启动回路(B_ST)包括要控制的设施的两个控制接触器(K1，K2)的两个常闭触点(K11，K12)。

12.一种在根据权利要求9至11中任一项所述的安全检测系统中采用的安全检测器中实施的控制方法，其特征在于包括第一测试序列和/或第二测试序列，所述第一测试序列包括以下步骤：

-禁用安全检测器(20)的第一控制输出端(C1)；

-通过启用第二控制输出端(C2)并通过读取安全检测器(20)的第一控制输入端(I1)的状态来测试启动回路(B_ST)的状态；

所述第二测试序列包括以下步骤：

-禁用安全检测器(20)的第二控制输出端(C2)；

-通过启用第一控制输出端(C1)和通过读取安全检测器(20)的第二控制输入端(I2)的状态来测试启动回路(B_ST)的状态。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，只要第一控制输入端(I1)在所述第一测试序列期间没有被启用，和/或只要第二控制输入端(I2)在第二测试序列期间没有被启用，测试步骤就被实施若干次。

14.根据权利要求12和13中任一项所述的方法，其特征在于包括通过启用安全输出端(OSSD1，OSSD2)来启动的步骤，以及针对第一测试序列重新启用第一控制输出端(C1)的步骤。

15.根据权利要求12和13中任一项所述的方法，其特征在于包括通过启用安全输出端(OSSD1，OSSD2)来启动的步骤，以及针对第二测试序列重新启用第二控制输出端(C2)的步骤。

16.根据权利要求14和15中任一项所述的方法，其特征在于包括在所述启动步骤之后，用于监控在第一控制输入端(I1)和第一控制输出端(C1)之间的急停设备(AU)的第一冗余触点(AU_1)和用于监控在第二控制输入端(I2)和第二控制输出端(C2)之间的急停设备(AU)的第二冗余触点(AU_2)的步骤。

17.根据权利要求9至11中任一项所述的安全检测系统的用途，用于监控由包括安全检测器(20)的传感器(30)固定在其上的固定部分和安全检测器(20)的应答器(1)固定在其上的移动部分的设备保护的电气设施的启动。

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