KR101682469B1 - 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템 - Google Patents

비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템 Download PDF

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신태묵
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주식회사 현대콘트롤전기
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Abstract

본 발명은 전력케이블이나 수배전반 등이 설치된 지하 컬버트(culvert), 일반 기계설비나 전기설비가 설치된 지역에서 복수 개의 비접촉식 온도센서들을 통해 화재발생 징후를 통합적으로 감지하여 화면에 표시할 수 있도록 한 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 화재발생에 취약한 방재구역에 설치되어 해당 위치(노드)에서 비접촉식으로 온도를 측정하여 그에 따른 화재검출신호를 출력하는 복수 개의 비접촉식 온도센서를 각기 구비한 복수 개의 화재감지장치; 상기 화재감지장치로부터 화재검출신호를 수신받아 RS-485 통신망을 통해 전송하는 유무선 송신기; 상기 RS-485 통신망을 통해 수신되는 상기 화재검출신호를 USB 통신모듈을 통해 송출하거나, 상기 USB 통신모듈을 통해 수신되는 신호를 상기 RS-485 통신망을 통해 송출하는데 적당하도록 변환하는 USB-시리얼통신 변환장치; 및 상기 USB-시리얼통신 변환장치를 통해 각 그룹별로 화재검출신호들을 수신받아 상기 각 그룹별로 상기 방재구역 내의 해당 위치에서의 화재 발생 유무를 통합적으로 감시할 수 있도록 화면에 표시하는 통합 화재 모니터링 장치;를 포함하는 것을 기술적 구성상의 특징으로 한다.

Description

비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템{INTEGRATED FIRE ALERT SYSREM OF ELECTRICITY FACILITIES USING NON-CONTACT TEMPERATURE SENSOR}
본 발명은 각 그룹의 방재구역에서의 화재발생을 통합적으로 감지하여 통보하는 기술에 관한 것으로, 특히 전력케이블이나 수배전반 등이 설치된 지하 컬버트(culvert), 일반 기계설비나 전기설비가 설치된 지역에서 복수 개의 비접촉식 온도센서들을 통해 화재발생 징후를 통합적으로 감지하여 화면에 표시할 수 있도록 한 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전기화재의 주요원인은 전선케이블의 합선, 과전류, 아크 및 누설전류 등이 있다. 이와 같은 전기화재의 발생을 줄이기 위하여 화재발생 감지기 및 차단기와 같은 개별장비가 설치된다.
근래 들어, 전력케이블이나 수배전반 등이 설치된 지하 컬버트, 대형 건물이나 기계 설비 또는 전기설비가 설치된 산업시설 등에서 화재발생이 우려되는 위치에 접촉식 온도센서를 개별적으로 설치해 두고 이들을 통해 열 발생이 감지되면 관리자에게 알려주는 시스템이 구축되어 있다.
그러나, 이와 같이 접촉식 온도센서를 이용하여 화재 발생을 감지하는 종래 기술의 경우, 발열 후의 지연시간으로 인하여 신속하게 대처하는데 어려움이 따르고, 각각의 발열 위치마다 무수히 많은 온도센서를 부착하게 되므로 유지 보수에 어려움이 따른다.
더욱이, 통신선, 전선 등이 지나가는 관로인 지하 칼버트 또는 건물 내의 임의의 위치 등에서 돌발적으로 발생되는 화재 징후들을 통합적으로 감지하여 관리자에게 알려주는데 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전력케이블이나 수배전반 등이 설치되는 컬버트, 대형 건물이나 기계 설비 또는 전기설비가 설치된 산업시설이 설치되어 화재 발생에 취약한 방재구역의 각 위치(노드)에 각종 비접촉식 온도센서를 설치하고 이들을 통해 감지되는 화재발생 징후들을 통합적으로 감지하여 화면에 표시할 수 있도록 하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템은, 화재발생에 취약한 방재구역에 설치되어 해당 위치(노드)에서 비접촉식으로 온도를 측정하여 그에 따른 화재검출신호를 출력하는 복수 개의 비접촉식 온도센서를 각기 구비한 복수 개의 화재감지장치; 상기 화재감지장치로부터 화재검출신호를 수신받아 RS-485 통신망을 통해 전송하는 유무선 송신기; 상기 RS-485 통신망을 통해 수신되는 상기 화재검출신호를 USB 통신모듈을 통해 송출하거나, 상기 USB 통신모듈을 통해 수신되는 신호를 상기 RS-485 통신망을 통해 송출하는데 적당하도록 변환하는 USB-시리얼통신 변환장치; 및 상기 USB-시리얼통신 변환장치를 통해 각 그룹별로 화재검출신호들을 수신받아 상기 각 그룹별로 상기 방재구역 내의 해당 위치에서의 화재 발생 유무를 통합적으로 감시할 수 있도록 화면에 표시하는 통합 화재 모니터링 장치;를 포함하는 것을 기술적 구성상의 특징으로 한다.
본 발명은 각 그룹의 전력케이블이나 수배전반 등이 설치되어 화재 발생에 취약한 방재구역에서 각종 비접촉식 센서들을 통해 감지되는 화재발생 징후들을 통합적으로 감지하여 화면을 통해 관리자에게 알려줌으로써, 최소한의 관리자가 별다른 주의를 기울이지 않고도 보다 광범위한 화재감시지역에서의 화재발생을 실시간으로 인식하여 필요한 조치를 취할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템의 블록도이다.
도 2는 방재구역에 설치된 비접촉식 화재감지장치의 설치예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 비접촉식 다분할 온도센서의 온도 센싱 원리를 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4e는 통합 화재 모니터링 장치의 정보 표시예를 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것은 아니라 할 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 비접촉식 화재감지장치(10A-10N), 유무선 송신기(20), USB-시리얼통신 변환장치(30) 및 통합 화재 모니터링 장치(40)를 포함한다.
복수 개의 비접촉식 화재감지장치(10A-10N)는 전기실이나 전력케이블 또는 수배전반이 설치된 화재발생에 취약한 방재구역에 설치되는 것으로, 이들은 각각 복수 개의 비접촉식 온도센서부(11A,11R,11K) 및 제어기(12)를 구비한다.
비접촉식 온도센서부(11A,11R,11K)에는 각 위치에서 도 3과 같이 다분할 방식으로 온도를 측정하는 다분할 적외선 온도센서(iR array themometer), 연기센서, 산소(O2) 센서, 움직임 센서 및 스파크 센서가 구비될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 싱글 포인트로 온도를 측정하는 것이 아니라 다수 포인트의 온도를 측정한다. 이와 같은 비접촉식 온도센서부(11A,11R,11K) 중에서 넓은 FOV(Field Of View)를 가지므로 하나로 물체 표면온도와 주변온도를 함께 측정할 수 있다.
그리고, 상기 비접촉식 온도센서부(11A,11R,11K)에 구비된 각 노드의 비접촉식 온도센서들 중에서 다분할 적외선 온도센서는 측정 대상 물체에 적합한 방사율(Emissivity) 조정이 가능하다. 또한, 상기와 같은 비접촉식 온도센서들은 파라미터 셋팅 툴(Parameter Setting Tool)을 이용하여 파라미터 셋팅이 가능하다.
예를 들어, 다분할 적외선 온도센서는 도 3에서와 같이 적외선 센서로서 16×4 픽셀 등의 IR arrayn I2C interface, Ta(외기온도) -40 to 85℃, To(물체온도) -50 to 300℃를 비접촉식으로 측정한다. 따라서, 다분할 적외선 온도센서는 접촉 온도센서와 같이 열평형 상태가 이루어질 때 까지 기다릴 필요가 없기 때문에 온도 감시 속도가 빠르고, 움직임이 있거나, 회전하거나 진동하는 물제, 강한 전자기장 안에 있는 물체(예: 고주파 가열), 온도변화가 급격한 물체(100 msec 단위), 진공챔버 안의 물체(윈도우 투과 측정), 접촉식 온도계로 측정할 수 없는 초고온의 물체, 접촉시 손상이 우려되거나 오염될 수 있는 물체, 온도분포가 변하는 표면, 접촉 시 온도가 변하는 물체 및 열전도(thermal-conductivity)가 낮은 물체 등을 대상으로 빈번한 온도 측정이 요구될 때 사용되는 온도센서이다. 상기 다분할 적외선 온도센서에서 물체에 방사된 적외선 에너지(열에너지)에 의해 상기 물체의 온도가 상승되고, 상기 물체에 방사된 적외선은 그 물체의 표면에서 다시 방사된다. 다분할 적외선 온도센서는 상기와 같이 물체의 표면에서 방사되는 적외선 에너지를 측정한다. 상기 다분할 적외선 온도센서에서 측정된 적외선 에너지는 다른 열원에 의하여 물체 표면에서 반사된 적외선 에너지와 물체를 투과한 적외선 에너지를 포함하는데, 이 두 가지를 제외한 물체가 표면으로 자체 방사하는 에너지만 물체의 온도측정에 사용된다. 이와 같이, 상기 다분할 적외선 온도센서는 가시광선을 구분하지 못하는 반도체 광전센서와 달리 자외선에만 반응감도를 갖기 때문에 가시광 컷 필터(optical visible cut filter)를 사용할 필요가 없다.
제어기(12)는 상기 비접촉식 온도센서부(11A,11R,11K)와 연결되어 이의 출력신호를 근거로 상기 방재구역 내의 해당 위치에서의 화재 발생 유무를 판단하고, 화재가 발생된 것으로 판단될 때 화재검출신호를 지그비(Zigbee) 또는 RS-485 통신망을 통해 전송하는 역할을 수행한다.
유무선 송신기(20)는 상기 제어기(12)와 연결되어 그로부터 수신되는 화재검출신호를 RS-485 통신망을 통해 전송하는 역할을 수행한다.
USB-시리얼통신 변환장치(30)는 한편으로는 RS-485 통신망을 통해 상기 유무선 송신기와 연결되고, 다른 한편으로는 USB 통신모듈을 통해 통합 화재 모니터링 장치(40)와 연결된다. 따라서, 상기 USB-시리얼통신 변환장치(30)는 상기 RS-485 통신망을 통해 수신되는 화재검출신호를 USB 통신모듈을 통해 송출하거나, 반대로 USB 통신모듈을 통해 수신되는 신호를 RS-485 통신망을 통해 송출하는데 적당하도록 변환하는 역할을 한다. 상기 USB-시리얼통신 변환장치(30)는 상기 화재감지장치(10A-10N)에 구비된 각각의 비접촉식 온도센서들로부터 출력되는 화재검출신호들을 수집하여 전송하는 역할을 한다. 상기 USB-시리얼통신 변환장치(30)는 알람 출력은 3채널로 구성할 수 있고, 타워램프(Tower Lamp)나 혼(horn) 등을 구비하여 빠른 판단 및 시인성을 확보할 수 있도록 하였다.
통합 화재 모니터링 장치(40)는 독립된 각각의 그룹별로 USB 포트를 통해 상기 방재구역 내의 해당 위치에서의 화재 발생 유무를 통합적으로 감시한다. 즉, 상기 통합 화재 모니터링 장치(40)는 상기 USB 포트를 통해 각 그룹별로 연결된 USB-시리얼통신 변환장치(30)을 통해 전송받은 각각의 화재검출신호들을 근거로, 해당 방재구역 내의 임의의 위치(노드)에서 화재가 발생된 것을 인식하여 모니터(42)의 화면상에 해당 위치에서의 화재 발생을 표시하고, 필요에 따라 알람을 발생한다. 따라서, 관리자는 평상시 별다른 주의를 기울이지 않고도 상기 화면이나 알람을 통해 상기 해당 위치에서의 화재 발생을 인식하여 필요한 조치를 취할 수 있게 된다.
상기 통합 화재 모니터링 장치(40)의 통합 화재 모니터링 동작에 대하여 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4a에서와 같이 화재검출신호와 관련된 세부정보 및 설정화면을 표시한다. 즉, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4a의
Figure 112016048553556-pat00001
에서와 같이 기 설정된 각 그룹별로 통신망 연결상태(Zigbee 또는 RS-485)를 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4a의
Figure 112016048553556-pat00002
에서와 같이 상기 USB-시리얼통신 변환장치(30)들을 통해 수신된 화재검출신호를 근거로 하여 선택된 해당 노드에 대한 세부정보 즉, 비접촉식 온도센서들(다분할 적외선 온도센서, 연기센서, 산소 센서, 움직임 센서 및 스파크 센서)의 정보를 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4a의
Figure 112016048553556-pat00003
에서와 같이 산소 센서, 연기 센서 및 온도센서들의 설정값을 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4a의
Figure 112016048553556-pat00004
에서와 같이 USB-시리얼통신 변환장치(30)를 통해 연결되는 각 그룹별 연결상태 및 스캔 상태를 표시하거나 설정한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4a의
Figure 112016048553556-pat00005
에서와 같이 각 그룹별 센서노드를 등록하거나 사용자의 요청에 따라 변경된 설정값을 표시한다.
상기 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4b에서와 같이 화재검출신호와 관련된 세부정보 및 설정화면을 표시한다. 즉, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4b의
Figure 112016048553556-pat00006
에서와 같이 다분할 적외선 온도센서(iR array themometer)를 통해 감지된 64 어레이 온도값을 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4b의
Figure 112016048553556-pat00007
에서와 같이 각 그룹별로 설정된 통신포트를 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4b의
Figure 112016048553556-pat00008
에서와 같이 각 그룹별로 등록된 노드 및 각 비접촉식 온도센서(다분할 적외선 온도센서, 연기센서, 산소 센서, 움직임 센서 및 스파크 센서)의 설정 값을 표시한다.
상기 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4c에서와 같이 비접촉식 온도센서부(11A,11R,11K)에 구비된 각 노드(A,R,K)의 상태를 표시한다.
즉, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4c의
Figure 112016048553556-pat00009
에서와 같이 비접촉식 온도센서부(11A)의 A 노드(A-03, A-04, A-05, ...)의 상태를 표시한다. 여기서, 'O'는 산소(Oxygen) 상태를 의미하고, 'S'는 연기(Smoke) 상태를 의미하고, 'M'은 움직임(Motion) 상태를 의미하고, 'U'는 스파크(Spark) 상태를 의미한다. 여기서, 상기 상태 표시의 예로써, 정상, 경고 및 위험 중에서 어느 하나로 표시할 수 있으며, 해당 노드(센서)의 오류 및 비활성화 상태를 표시할 수 있다.
또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4c의
Figure 112016048553556-pat00010
에서와 같이 비접촉식 온도센서부(11R)의 R 노드(R-01,R02,R-11, ...)의 상태(최고 온도 상태, 최고 온도값)를 표시한다. 여기서, 상기 상태 표시의 예로써, 정상, 경고 및 위험 중에서 어느 하나로 표시할 수 있으며, 해당 노드(센서)의 오류 및 비활성화 상태를 표시할 수 있다.
또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4c의
Figure 112016048553556-pat00011
에서와 같이 비접촉식 온도센서부(11K)의 K 노드(K03,...)의 스파크 상태를 표시한다. 여기서, 상기 스파크 상태 표시의 예로써, 정상(Normal), 감지(Detect) 중에서 어느 하나로 표시할 수 있다. 여기서, 상기 스파크 상태 표시의 예로써, 정상, 경고 및 위험 중에서 어느 하나로 표시할 수 있으며, 해당 노드(센서)의 오류 및 비활성화 상태를 표시할 수 있다.
상기 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4d에서와 같이 비접촉식 온도센서부(11A,11R,11K)에 구비된 비접촉식 온도센서들의 화재검출신호를 근거로 선택된 노드의 트렌드 표시 화면을 제공한다.
즉, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4d의
Figure 112016048553556-pat00012
에서와 같이 선택된 노드의 온도, 산소, 연기 상태를 실시간 그래프로 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4d의
Figure 112016048553556-pat00013
에서와 같이 알람이 출력되고 있음을 표시하고, 조치가 취해지면 표시하지 않는다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 사용자의 요청이 있거나 필요하다고 판단될 때 도 4d의
Figure 112016048553556-pat00014
에서와 같이 알람정보를 초기화 한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4d의
Figure 112016048553556-pat00015
에서와 같이 각 노드의 현재 시간부터 24시간 전 까지의 정보를 표시한다. 사용자에 의해 해당 영역이 클릭되면 데일리 차트(Daily Chart) 화면으로 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4d의
Figure 112016048553556-pat00016
에서와 같이 시스템의 로그(Log) 정보를 표시하고, 실시간 정보를 그래프(Graph)로 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4d의
Figure 112016048553556-pat00017
에서와 같이 USB-시리얼통신 변환장치(30)를 통해 해당 그룹에 알람을 전송할 것인지에 대한 설정 상태(ALARM QUIT)를 표시한다. 또한, 통합 화재 모니터링 장치(40)는 도 4d의
Figure 112016048553556-pat00018
에서와 같이 사용자의 요청에 따라 각 노드를 센서 노드 화면 상에서 원하는 위치로 이동시킨다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10A-10N : 비접촉식 화재감지장치 11A,11R,11K : 비접촉식 온도센서부
12 : 제어기 20 : 유무선 송신기
30 : USB-시리얼통신 변환장치 40 : 통합 화재 모니터링 장치

Claims (6)

  1. 화재발생에 취약한 방재구역에 설치되어 해당 노드(위치)에서 비접촉식으로 온도를 측정하여 그에 따른 화재검출신호를 출력하는 복수 개의 화재감지장치와;
    상기 화재감지장치로부터 화재검출신호를 수신받아 RS-485 통신망을 통해 전송하는 유무선 송신기와;
    상기 RS-485 통신망을 통해 수신되는 상기 화재검출신호를 USB 통신모듈을 통해 송출하거나, 상기 USB 통신모듈을 통해 수신되는 신호를 상기 RS-485 통신망을 통해 송출하는데 적당하도록 변환하는 USB-시리얼통신 변환장치와;
    상기 USB-시리얼통신 변환장치에서 송출된 화재검출신호를 그룹별 USB포트를 통해 각 그룹별로 수신받아 상기 방재구역 내의 해당 위치에서의 화재 발생 유무를 상기 각 그룹별로 통합적으로 감시할 수 있도록 화면에 표시하고 알람을 발생하는 통합 화재 모니터링 장치를 포함하고,

    상기 복수개의 화재감지장치 각각은,
    다분할 방식으로 다수 포인트의 온도를 측정하는 복수의 비접촉식 온도센서부와;
    상기 비접촉식 온도센서부의 출력신호를 근거로 상기 방재구역 내의 해당 위치에서의 화재 발생 유무에 따른 화재검출신호를 지그비(Zigbee) 또는 RS-485 통신망을 통해 전송하는 제어기를 포함하고,

    상기 통합 화재 모니터링 장치는 기 설정된 각 그룹별로 통신망 연결상태, 상기 USB-시리얼통신 변환장치들을 통해 수신된 화재검출신호를 근거로 하여 선택된 해당 비접촉식 온도센서부에 대한 세부정보, 상기 USB-시리얼통신 변환장치를 통해 연결되는 각 그룹별 연결상태 및 스캔 상태, 각 그룹별로 설정된 통신포트 정보, 각 그룹별로 등록된 위치(노드)및 각 비접촉식 온도센서부의 설정값을 표시하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 비접촉식 온도센서부는 다분할 적외선 온도센서, 연기센서, 산소 센서, 움직임 센서 및 스파크 센서 중에서 적어도 2개 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템.

  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비접촉식 온도센서부가 다분할 적외선 온도센서를 포함하는 경우, 상기 통합 화재 모니터링 장치는 다분할 적외선 온도센서를 통해 감지된 64 어레이 온도값을 더 표시하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통합 화재 모니터링 장치는 비접촉식으로 온도가 측정되는 해당노드(위치)의 산소 상태, 연기 상태, 움직임 상태 및 스파크 상태, 최고 온도 상태, 최고 온도값, 활성화 상태를 더 표시하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 통합 화재 모니터링 장치는 비접촉식으로 온도가 측정되는 해당노드(위치)의 온도, 산소, 연기 상태에 대한 실시간 그래프, 알람이 출력되고 있음을 나타내는 정보, 각 위치(노드)의 현재 시간부터 24시간 전 까지의 정보 및 시스템의 로그(Log) 정보를 더 표시하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 온도센서를 이용한 통합 화재 감지 시스템.
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