KR102075807B1 - 건설장비의 시동 시 전원 제어 장치 및 방법 - Google Patents

건설장비의 시동 시 전원 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설 장비의 시동 시 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 건설 장비의 시동 시 배터리의 상태에 따라 장비 부하로 인가되는 전원을 단계적으로 제어하여 불필요한 전원 공급을 최소화하고 효율적인 전원 공급으로 시동성을 향상시키기 위한 전원 제어 장치 및 방법을 제공한다. 이를 위한 전원 제어 장치는 상기 건설 장비의 부하에 연결되는 하나 이상의 릴레이 및 배더리의 전압, 시동 전원 및 엔진 또는 모터의 rpm 상태에 따라 상기 하나 이상의 릴레이를 단계적으로 오프하여 건설 장비의 부하로 인가되는 전원을 차단하는 차량 제어기(VCU)를 포함한다.

Description

건설장비의 시동 시 전원 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING OF POWER SUPPLIER WHEN STARTING CONSTRUCTION EQUIPMENT}
본 발명은 건설 장비의 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 건설 장비의 시동 시 장비 부하로 인가되는 전원을 단계적으로 제어하여 효율적인 전원 공급으로 시동성을 향상시키기 위한 건설장비의 시동 시 전원 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기나 휠로더, 지게차 등과 같은 건설 장비는 엔진을 동력원으로 하여 유압이라는 매개체를 통해 최종 부하인 붐, 암, 버켓을 선회시키거나 주행시키는 동작을 수행한다.
이러한 동작은 건설 장비의 시동을 온 시킨 후에 이루어지는데, 외부의 입력으로부터 차량의 시동 신호가 수신되면 건설 장비의 배터리를 활성화하여 전원을 공급한다. 이때, 시동에 필요한 전원을 공급함은 물론, 건설 장비에 장착되어 전원을 필요로 하는 모든 부하에 전원을 공급한다.
따라서, 건설 장비의 시동이 오프되면 부하에 인가하는 전원을 모두 비활성하여 차단한다.
그런데, 건설 장비의 시동 시마다 부하에 인가하는 전원을 모두 활성화하여 공급하게 되므로 배터리 전압이 낮을 경우 시동에 필요한 전압을 만족함에도 불구하고 시동이 잘 걸리지 않는 문제점이 있다.
또한, 차량의 시동이 실패하는 경우 전원 공급이 전멸 차단되므로 실패의 원인이 전압 강하에 의한 것인지, 엔진 또는 엔진제어기의 오류에 의한 것인지를 정확히 진단할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 건설 장비의 시동 시 배터리의 상태에 따라 장비 부하로 인가되는 전원을 단계적으로 제어하여 불필요한 전원 공급을 최소화하고 효율적인 전원 공급으로 시동성을 향상시키기 위한 전원 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 단계적 전원 제어 및 시동 전압을 피드백받아 모니터링함으로써 시동 실패의 원인을 진단할 수 있도록 하는 데 목적이 있다.
이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 건설 장비의 시동 시 전원 제어 장치는, 건설 장비의 시동 및 작업에 필요한 전원을 공급하는 배터리; 상기 건설 장비의 부하에 연결되는 하나 이상의 릴레이; 및 상기 배더리의 전압, 시동 전원 및 엔진 또는 모터의 rpm의 상태에 따라 상기 하나 이상의 릴레이를 단계적으로 오프하여 건설 장비의 부하로 인가되는 전원을 차단하는 차량 제어기(VCU);를 포함하며; 상기 하나 이상의 릴레이는 상기 건설 장비의 부하 중 편의 장치와 연결되어 상기 편의 장치로의 전원 공급을 단속하는 제1 릴레이; 및 상기 건설 장비의 부하 중 주요 장치와 연결되어 상기 주요 장치로의 전원 공급을 단속하는 제2 릴레이를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 건설 장비의 시동 시 전원 제어 방법은, 건설 장비가 키 온(key on) 되면 장비 배터리의 전압을 체크하여 부하별 전원 제어가 필요한지 판단하는 단계; 키 스위치로부터 입력되는 시동 신호에 의해 시동을 걸고 상기 시동 성공 시 시동을 위해 구동된 모터의 전압, rpm 및 부하 상태를 확인하여 데이터 로깅하는 단계; 상기 시동에 실패하면 상기 건설 장비가 모터의 전압과 rpm을 체크하여 기준값과 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과, 상기 모터의 전압과 rpm이 기준값보다 낮으면 상기 건설 장비가 장비의 부하에 연결된 하나 이상의 릴레이를 단계적으로 오프하여 상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 단계;를 포함하며, 상기 하나 이상의 릴레이는 상기 건설 장비의 부하 중 편의 장치와 연결되어 상기 편의 장치로의 전원 공급을 단속하는 제1 릴레이; 및 상기 건설 장비의 부하 중 주요 장치와 연결되어 상기 주요 장치로의 전원 공급을 단속하는 제2 릴레이를 포함한다.
또한, 상기 기준값과 비교하는 단계를 통해 비교한 결과, 상기 모터의 전압, rpm이 기준값 이상이면 상기 건설 장비가 엔진 또는 엔진제어기를 점검하도록 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 단계는, 상기 제1 릴레이를 오프하여 상기 부하의 편의 장치로 인가되는 전원 공급을 차단시키고, 상기 제1 릴레이가 오프된 상태에서 재시동 결과 시동에 실패하면 상기 제2 릴레이를 오프하여 상기 부하의 주요 장치로 인가되는 전원 공급을 차단시키는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 따르면, 건설 장비의 시동 시에 차량의 배터리 전압을 측정하여 측정된 배터리 전압에 따라 장비 부하에 인가하는 전원을 단계적으로 제어함으로써 효율적인 전원 공급이 가능하고, 이로 인해 배터리 전압이 낮더라도 시동이 가능하여 시동성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 건설장비의 시동 시 전원 제어 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 건설장비의 시동 시 전원 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 건설장비의 시동 시 전원 제어 장치를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 제어 장치(100)는 차량 제어기(Vehicle Control Unit: VCU)(110), 키 스위치(120), 배터리(130), 엔진 제어기(Engine Control Unit: ECU)(140), 스타터 릴레이(150), 제1 릴레이(160), 제2 릴레이(170)를 포함한다.
키 스위치(key switch: 120)는 사용자의 조작에 의해 건설 장비의 시동에 필요한 제어 신호를 인가한다.
배터리(130)는 건설 장비의 시동 및 작업에 필요한 전원을 공급한다.
엔진 제어기(140)는 건설 장비의 엔진을 구동하기 위해 각종 동작을 제어한다. 본 실시예에서 엔진 제어기(140)는 차량 제어기(110)와 연결되어 건설 장비에 설치되어 있는 각종 부하의 동작과 연동시킬 수 있다.
스타터 릴레이(starter relay: 150)는 건설 장비의 시동에 필요한 스타터 모터(180)와 전기적으로 연결되어 스타터 모터(180)의 전원 공급을 단속한다. 즉, 차량 제어기(110)의 제어에 따라 온 또는 오프로 스위칭하는 동작에 의해 전원 공급을 단속할 수 있다.
제1 릴레이(160)는 건설 장비의 부하(190)에서 편의 기능을 제공하는 장치(이하, 편의 장치)(190a)와 전기적으로 연결되어 편의 장치(190a)로의 전원 공급을 단속한다.
제2 릴레이(170)는 전설 장비의 부하(190)에서 주요 기능을 제공하는 장치(이하, 주요 장치)(190b)와 전기적으로 연결되어 주요 장치(190b)로 인가하는 전원을 단속한다.
여기서, 편의 장치(190a)는 오디오(audio), 에어컨(aircon), 램프(lamp) 등을 포함한다.
주요 장치(190b)는 시동계를 제외하며, 커패시터 등의 축전 장치, 붐/암/버켓 등 작업에 필요한 장치를 제어하기 위한 각종 제어 회로, 안전 장치 등을 포함한다.
차량 제어기(110)는 기본적으로 건설 장비에 설치되어 있는 각종 부하의 동작을 제어하며, 키 스위치(120), 배터리(130), 엔진 제어기(140)와 연결되어 건설 장비의 전반적인 동작을 제어한다.
특히, 차량 제어기(110)는 스타터 릴레이(150), 제1 릴레이(160), 제2 릴레이(170)를 포함하는 하나 이상의 릴레이와 연결되어 릴레이의 온, 오프 동작을 제어한다.
즉, 차량 제어기(110)가 키 스위치(120)로부터 입력받은 시동 신호에 의해 스타터 릴레이(150)의 온, 오프 동작을 제어함으로써 스타터 모터(180)의 구동을 제어할 수 있다.
또, 차량 제어기(110)가 제1 릴레이(160)의 온, 오프 동작을 제어하여 건설 장비 내 편의 장치로의 전원 공급을 제어할 수 있다.
또, 차량 제어기(110)가 제2 릴레이(170)의 온, 오프 동작을 제어하여 건설 장비 내 주요 장치로의 전원 공급을 제어할 수 있다.
이때, 차량 제어기(110)는 배터리(130)의 전압 상태를 실시간 체크하여 부하별 전원 제어가 필요한지를 판단한다. 부하별 전원 제어가 필요한 경우 차량 제어기(110)가 제1 릴레이(160) 및 제2 릴레이(170)를 단계적으로 오프시켜 건설 장비의 부하로 인가되는 전원을 차단함으로써 시동에 필요한 전원을 확보한다. 여기서, 단계적 제어란 제1 릴레이(160)를 먼저 제어하여 불필요한 전원 공급을 일차적으로 차단하고 이후에도 시동이 걸리지 않으면 제2 릴레이(170)까지 오프하여 이차적으로 전원 공급을 차단하는 것을 의미한다.
또한, 차량 제어기(110)는 키 스위치(120)로부터 입력되는 시동 신호에 의해 스타터 릴레이(150)를 온 시키고 이의 동작을 통해 시동에 성공하면, 시동을 위해 구동된 스타터 모터(180)의 전압, rpm, 부하 상태를 확인하여 데이터를 로깅(logging)함으로써 데이터베이스를 구축한다.
또한, 차량 제어기(110)는 네트워크(CAN:Controller Area Network)통신을 통해 엔진 제어기(100)로부터 주기적으로 수집한 차량데이터(CAN DATA)에 포함된 엔진 rpm값을 통해 스타터 모터의 rpm값을 확인할 수 있다. 상기 차량 제어기(110)는 예를 들어, 엔진 rpm이 150rpm이면 시동이 걸리는 스타터 모터의 rpm은 300rpm이다라는 식으로 엔진 rpm값에 상응하는 스타터 모터(180)의 rpm값에 대한 정보를 미리 데이터베이스화하고 있다.
또한, 시동에 실패한 경우 차량 제어기(110)가 시동 전원 및 스타터 모터(180)의 rpm값이 기준값 이상인지 여부를 판단한다. 판단 결과 기준값보다 작으면 차량 제어기(110)가 제1 릴레이(160) 및 제2 릴레이(170)를 이용한 부하별 전원 제어 과정을 수행하고, 기준값 이상이면 차량 제어기(110)가 엔진 또는 엔진제어기(140)를 점검하도록 메시지를 해당 장치에 전달하여 요청할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 전원 제어 장치(100)는 배터리(130)의 전압이 양호하지 않거나 배터리(130)가 양호한 상태에서 시동이 걸리지 않은 경우 건설 장비의 부하(190)로 인가되는 전원을 일부 차단하여 시동에 필요한 전원을 확보함으로써 시동성을 높이고자 한다. 이의 구체적 동작은 하기의 도 2와 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 건설장비의 시동 시 전원 제어 방법을 나타낸 흐름도로, 도 1의 구성요소를 참조하여 설명한다.
먼저 건설 장비가 키 온(key on) 되면, 건설 장비의 차량 제어기(110)가 배터리(130)의 전압 상태를 체크한다(S1).
이후, 차량 제어기(110)가 체크한 배터리(130)의 전압 상태로부터 배터리가 양호한지를 판단한다(S2). 판단은 사전에 정의해 둔 임계치와의 비교를 통해 수행할 수 있다.
판단 결과 양호하면 다음 동작을 위해 순차적으로 수행하고, 양호하지 않으면 A 과정을 수행한다. A 과정은 제1 릴레이(160) 및 제2 릴레이(170)를 이용한 부하별 전원 제어 과정으로 하기에서 자세히 설명한다.
이후, 건설 장비의 차량 제어기(110)가 키 스위치(120)로부터 시동과 관련된 입력 신호를 수신하고 수신한 시동 입력 신호에 의해 스타터 릴레이(150)에 릴레이 온 신호를 전달하여 스타터 모터(180)를 구동시킨다(S3).
이러한 과정을 통해 시동이 성공하면 차량 제어기(110)가 장비를 운행하고, 시동 시 스타터 모터(180)의 전압 정보 및 rpm, 부하 상태 등에 관한 데이터를 로깅(logging)하여 데이터베이스를 구축한다(S4, S5).
한편, 상기의 S3 과정을 통해 시동이 실패하면 차량 제어기(110)가 시동 전원을 측정한다(S6).
측정된 시동 전원으로부터 추출되는 전압과 엔진 제어기(100)로부터 수집한 차량데이터(CAN DATA)에 포함된 엔진 rpm값을 통해 확인된 스타터 모터의 rpm이 기준값 이상을 만족하는지 여부를 판단한다(S7). 여기서 기준값은 부하 전원까지 포함하여 시동 시 필요한 전원값과 상응한다.
판단 결과, 기준값 이상을 만족하면 차량 제어기(110)가 배터리 및 시동계는 정상으로 판단하고 엔진 또는 엔진 제어기(140)의 오류인지를 점검하도록 메시지 알림 등을 이용하여 요청할 수 있다(S8).
판단 결과, 기준값 보다 낮으면 시동 전원을 낮추도록 부하별 전원 제어 과정을 수행한다.
즉, 먼저 차량 제어기(110)가 제1 릴레이(160)로 릴레이 오프 신호를 전달하여 제1 릴레이(160)를 오프시키고, 재시동을 요청한다(S9, S10).
이후, 차량 제어기(110)가 키 스위치로부터 시동 입력 신호를 수신하고 수신한 시동 입력 신호에 의해 시동을 재 수행한다. 이때의 시동 전원은 편의 장치의 구동에 필요한 전원만큼 감소된 상태로 정상 시보다 낮은 전원을 요구한다.
그 결과 시동이 성공하면 차량 제어기(110)가 장비를 운행하고 재시동 시의 전압 정보, rpm 및 부하 상태 등에 관한 데이터를 로깅하여 데이터베이스를 구축한다(S11, S12).
한편, 재시동에도 불구하고 시동이 실패하면 차량 제어기(110)가 제2 릴레이(170)로 릴레이 오프 신호를 전달하여 제2 릴레이(170)를 오프시킨다(S13). 따라서, 건설 장비의 주요 부하로 인가하는 전원 공급을 차단한다.
이후, 차량 제어기(110)가 재시동을 요청한다(S14).
그 결과 시동이 성공하면(S15), 차량 제어기(110)가 장비를 운행하고 재시동 시의 전압 정보, rpm 및 부하 상태 등에 관한 데이터를 로깅하여 데이터베이스를 구축한다(S12).
한편, 재시동에도 불구하고 S15 단계에서 시동이 실패하면 차량 제어기(110)가 배터리를 점검하도록 알림한다(S16).
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
100: 건설장비 110: 차량 제어기(VCU)
120: 키 스위치 130: 배터리
140: 엔진 제어기(ECU) 150: 스타터 릴레이
160: 제1 릴레이 170: 제2 릴레이
180: 스타터 모터 190: 부하
190a: 편의장치 190b: 주요장치

Claims (9)

  1. 건설 장비의 시동 및 작업에 필요한 전원을 공급하는 배터리;
    상기 건설 장비의 부하에 연결되는 하나 이상의 릴레이; 및
    상기 배더리의 전압, 시동 전원 및 엔진 또는 모터의 rpm의 상태에 따라 상기 하나 이상의 릴레이를 단계적으로 오프하여 건설 장비의 부하로 인가되는 전원을 차단하는 차량 제어기(VCU);를 포함하며;
    상기 하나 이상의 릴레이는 상기 건설 장비의 부하 중 편의 장치와 연결되어 상기 편의 장치로의 전원 공급을 단속하는 제1 릴레이; 및
    상기 건설 장비의 부하 중 주요 장치와 연결되어 상기 주요 장치로의 전원 공급을 단속하는 제2 릴레이를 포함하는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량 제어기는
    상기 시동 전원 및 rpm이 기준값 이상이면 엔진 또는 엔진제어기를 점검하도록 요청하는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차량 제어기는
    상기 제1 릴레이를 오프하여 편의 장치로 인가되는 전원 공급을 차단시키고,
    재시동 결과 시동에 실패하면 상기 제2 릴레이를 오프하여 주요 장치로 인가되는 전원 공급을 차단시키는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 장치.
  4. 건설 장비가 키 온(key on) 되면 장비 배터리의 전압을 체크하여 부하별 전원 제어가 필요한지 판단하는 단계;
    키 스위치로부터 입력되는 시동 신호에 의해 시동을 걸고 상기 시동 성공 시 시동을 위해 구동된 모터의 전압, rpm 및 부하 상태를 확인하여 데이터 로깅하는 단계;
    상기 시동에 실패하면 상기 건설 장비가 모터의 전압과 rpm을 체크하여 기준값과 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과, 상기 모터의 전압과 rpm이 기준값보다 낮으면 상기 건설 장비가 장비의 부하에 연결된 하나 이상의 릴레이를 단계적으로 오프하여 상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 단계;를 포함하며,
    상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 단계는,
    제1 릴레이를 오프하여 상기 부하의 편의 장치로 인가되는 전원 공급을 차단시키고,
    상기 제1 릴레이가 오프된 상태에서 재시동 결과 시동에 실패하면 제2 릴레이를 오프하여 상기 부하의 주요 장치로 인가되는 전원 공급을 차단시키는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 방법.
  5. 건설 장비가 키 온(key on) 되면 장비 배터리의 전압을 체크하여 부하별 전원 제어가 필요한지 판단하는 단계;
    키 스위치로부터 입력되는 시동 신호에 의해 시동을 걸고 상기 시동 성공 시 시동을 위해 구동된 모터의 전압, rpm 및 부하 상태를 확인하여 데이터 로깅하는 단계;
    상기 시동에 실패하면 상기 건설 장비가 모터의 전압과 rpm을 체크하여 기준값과 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과, 상기 모터의 전압과 rpm이 기준값보다 낮으면 상기 건설 장비가 장비의 부하에 연결된 하나 이상의 릴레이를 단계적으로 오프하여 상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 단계;를 포함하며,
    상기 하나 이상의 릴레이는 상기 건설 장비의 부하 중 편의 장치와 연결되어 상기 편의 장치로의 전원 공급을 단속하는 제1 릴레이; 및
    상기 건설 장비의 부하 중 주요 장치와 연결되어 상기 주요 장치로의 전원 공급을 단속하는 제2 릴레이를 포함하는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 방법.
  6. 건설 장비가 키 온(key on) 되면 장비 배터리의 전압을 체크하여 부하별 전원 제어가 필요한지 판단하는 단계;
    키 스위치로부터 입력되는 시동 신호에 의해 시동을 걸고 상기 시동 성공 시 시동을 위해 구동된 모터의 전압, rpm 및 부하 상태를 확인하여 데이터 로깅하는 단계;
    상기 시동에 실패하면 상기 건설 장비가 모터의 전압과 rpm을 체크하여 기준값과 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과, 상기 모터의 전압과 rpm이 기준값보다 낮으면 상기 건설 장비가 장비의 부하에 연결된 하나 이상의 릴레이를 단계적으로 오프하여 상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 단계;를 포함하며,
    상기 장비 배터리의 전압을 체크하여 부하별 전원 제어가 필요한지 판단하는 단계는,
    상기 장비 배터리의 전압이 양호한지를 확인하는 단계; 및
    확인 결과 상기 장비 배터리의 전압이 양호하면 상기 키 스위치의 입력에 의해 시동을 걸고, 상기 장비 배터리의 전압이 낮아 양호하지 않으면 상기 하나 이상의 릴레이를 통한 부하별 전원 제어 과정을 수행하는 단계;를 포함하는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비교 결과, 상기 모터의 전압과 rpm이 기준값 이상이면 상기 건설 장비가 엔진 또는 엔진제어기를 점검하도록 요청하는 단계를 더 포함하는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 방법.
  8. 제 5 항 또는 제6항에 있어서,
    상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 단계는,
    제1 릴레이를 오프하여 상기 부하의 편의 장치로 인가되는 전원 공급을 차단시키고,
    상기 제1 릴레이가 오프된 상태에서 재시동 결과 시동에 실패하면 제2 릴레이를 오프하여 상기 부하의 주요 장치로 인가되는 전원 공급을 차단시키는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 방법.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 장비 배터리의 전압을 체크하여 부하별 전원 제어가 필요한지 판단하는 단계는,
    상기 장비 배터리의 전압이 양호한지를 확인하는 단계; 및
    확인 결과 상기 장비 배터리의 전압이 양호하면 상기 키 스위치의 입력에 의해 시동을 걸고, 상기 장비 배터리의 전압이 낮아 양호하지 않으면 상기 하나 이상의 릴레이를 통한 부하별 전원 제어 과정을 수행하는 단계;를 포함하는 건설 장비의 시동 시 전원 제어 방법.
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