KR102127953B1 - 자동 케이블 릴 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

자동 케이블 릴 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동 케이블 릴 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 주행레일(100)을 따라 움직이는 크레인대차(200), 크레인대차(200)에 탑재된 상태에서 자동창고의 물류를 수행하는 스태커 크레인(210)을 포함하고, 스태커 크레인(210)으로 전원을 공급하는 케이블 릴 장치에 있어서; 상기 주행레일(100)의 일단에 설치된 케이블드럼(120); 상기 케이블드럼(120)을 회전 구동시키는 서보모터(122); 상기 스태커 크레인(210)으로 레이저를 조사하여 스태커 크레인(210)의 변위를 계측하는 레이저변위센서(110); 상기 서보모터(122)의 회전수, 레이저변위센서(110)의 측정값을 토대로 크레인대차(200)의 위치 및 속도를 추적하고, 케이블(C)의 감김 또는 풀림을 동기화시키는 제어부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 전원공급이 불안정한 부스바 대신 케이블 릴을 사용하되 대차의 속도 및 위치를 감지하여 케이블 릴의 풀림과 감김을 정확하게 제어함으로써 케이블의 손상없이 안정적인 전원공급이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

Description

자동 케이블 릴 장치 및 그 제어방법{Automatic Cable Reel equipment and control method}
본 발명은 자동 케이블 릴 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스태커 크레인의 전원공급을 안정적으로 수행할 수 있도록 개선된 자동 케이블 릴 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
물류 자동화와 관련하여 발전된 자동창고는 컴퓨터에 의해서 입출고 업무가 자동으로 제어되고 관리되는 창고를 의미한다.
이러한 자동창고에서 입출고 작업은 주로 스태커 크레인에 의해 이루어지는데, 이와 같은 스태커 크레인은 짧을 경우 몇 십 미터에서 길게는 몇 백 미터의 거리를 레일을 따라 움직이면서 작업하게 된다.
아울러, 이와 관련된 선행기술로는, 공개특허 제2006-0088544호, 공개특허 제2012-0104010호 등이 있다.
여기에서, 상기 스태커 크레인으로 전원을 공급하기 위해 케이블 릴이 사용되는데, 케이블 릴을 대차에 실어 주행하는 형태를 갖는다.
그런데, 케이블 릴을 대차에 실을 경우 그 무게를 감당하기 힘들고, 케이블 릴을 제어하기도 어려워 대차의 가감속에 따른 영향으로 케이블이 인장력을 받아 끊어지는 사고도 발생된다.
이는 대차가 움직이면 케이블 릴을 풀어주고, 대차가 멈추면 케이블 릴도 정지시키는 방식의 제어로 인해 정확한 제어가 어렵기 때문이다.
그러다보니, 최근에는 자동창고 등에 사용되는 스태커 크레인의 경우, 부스바를 이용한 전원공급방식이 사용되고 있다.
하지만, 부스바의 경우에도 저속으로 움직일 때는 문제가 없으나, 자동창고에 사용되는 스태커 크레인과 같이 고속으로 움직일 때는 안정된 전류 공급이 어려워 제어상 문제를 야기시킬 수 있다.
이에, 종래에는 이와 같은 부스바의 불안전한 전원공급을 해소하기 위한 일환으로 불안전한 전원공급에도 크게 문제를 일으키지 않는 유도모터를 이용한 인버터를 도입하였다.
그런데, 인버터는 스태커 크레인과 같이 무거운 물체를 들고 정지하거나 이동할 때는 정지토크가 작아서 반드시 브레이크를 사용해야만 하는 단점을 가진다.
한편, 브레이크는 아주 잦게 잡았다 풀었다를 반복해야 하는데, 그럴 경우 유도모터가 과열로 인해 손상받기 쉽다.
이와 같이, 당해 분야에서 당면한 문제들은 지금까지 고질적인 요소로 남아 있으며, 이에 따라 생산성, 작업효율성이 떨어지고, 자동제어상 한계를 가지고 있어 이에 대한 해결방안 모색이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 서보시스템을 적용하여 고속 정밀운전이 가능하고 정지시에도 고토크를 낼 수 있도록 한 자동 케이블 릴 장치 및 그 제어방법을 제공함에 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 주행레일(100)을 따라 움직이는 크레인대차(200), 크레인대차(200)에 탑재된 상태에서 자동창고의 물류를 수행하는 스태커 크레인(210)을 포함하고, 스태커 크레인(210)으로 전원을 공급하는 케이블 릴 장치에 있어서; 상기 주행레일(100)의 일단에 설치된 케이블드럼(120); 상기 케이블드럼(120)을 회전 구동시키는 서보모터(122); 상기 스태커 크레인(210)으로 레이저를 조사하여 스태커 크레인(210)의 변위를 계측하는 레이저변위센서(110); 상기 서보모터(122)의 회전수, 레이저변위센서(110)의 측정값을 토대로 크레인대차(200)의 위치 및 속도를 추적하고, 케이블(C)의 감김 또는 풀림을 동기화시키는 제어부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치를 제공한다.
이때, 상기 스태커 크레인(210)에는 반사판(220)이 더 설치되어, 상기 레이저변위센서(110)의 측정 정확도를 높인 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 케이블드럼(120)에는 케이블드럼(120)과 간격을 두고 상하 한 쌍의 아이들롤(130)이 더 설치되고, 상기 한 쌍의 아이들롤(130)에는 스태커 크레인(210)으로 인출되는 케이블(C)이 맞물린 상태로 통과되게 배치되는 것에도 그 특징이 있다.
뿐만 아니라, 상기 아이들롤(130)의 일단에는 엔코더(140)가 더 설치되어 아이들롤(130)의 회전수를 측정하고 제어부(300)로 송신하여 케이블(C)의 감김 또는 풀림 정도, 속도를 산출하도록 안내하는 것에도 그 특징이 있다.
이때, 상기 아이들롤(130)의 표면에는 요철이 형성된 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 제어부(300)는, 상기 레이저변위센서(110)를 통해 크레인대차(200)의 속도 및 위치에 대한 정보를 수신하여 검출하는 제1검출부(310), 상기 제1검출부(310)의 검출값을 기반으로 위치 및 속도를 계산하는 제1연산부(330), 상기 케이블드럼(120)과 간격을 두고 설치된 아이들롤(130)의 엔코더(140)로부터 케이블(C)의 풀림 또는 감김 속도 및 위치에 대한 정보를 수신하여 검출하는 제2검출부(320), 상기 제2검출부(320)의 검출값을 기반으로 위치 및 속도를 계산하는 제2연산부(340), 상기 제1,2연산부(330,340)에서 산출된 두 값의 차이를 PID 연산하여 제어값을 계산하는 PID제어부(350) 및 상기 PID제어부(350)의 제어값에 따라 서보드라이버(124)를 실제 제어하는 서보모터속도제어부(360)로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 상기에 기재된 자동 케이블 릴 장치를 제어하는 방법에 있어서; 크레인대차(200)가 주행레일(100)을 따라 움직일 때 레이저변위센서(110)가 스태커 크레인(210)에 구비된 반사판(220)에 조사된 후 되돌아 오는 레이저의 시간차를 이용하여 크레인대차(200)의 원,근 및 이동속도 등을 검출하는 제1단계(S100); 상기 레이저변위센서(110)의 검출값을 기반으로 제어부(300)의 제1연산부(330)에서 산술하여 크레인대차(200)에서부터 케이블드럼(120)까지의 거리 및 시간에 따라 변하는 크레인대차(200)의 속도를 계산하는 제2단계(S110); 엔코드(140)를 통해 케이블(C)의 움직임을 검출하는 제3단계(S120); 상기 제3단계(S120)에서 검출된 검출값을 기반으로 제어부(300)의 제2연산부(340)에서 산술하여 케이블(C)의 시간에 따른 이동길이 및 속도를 계산하는 제4단계(S130); 계산이 완료되면 PID제어부(350)에서는 제2단계(S110)와 제4단계(S130)에서 산출된 검출값을 비교하고 PID 제어하여 서보모터(122)의 구동을 위한 제어값을 산출하는 제5단계(S140); 제어값이 산출되면 서보드라이버(124)를 통해 서보모터(122)의 회전량을 정확하게 구동 제어하는 제6단계(S150);로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치의 제어방법도 제공한다.
본 발명에 따르면, 전원공급이 불안정한 부스바 대신 케이블 릴을 사용하되 대차의 속도 및 위치를 감지하여 케이블 릴의 풀림과 감김을 정확하게 제어함으로써 케이블의 손상없이 안정적인 전원공급이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 케이블 릴 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 케이블 릴 장치의 구성블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 케이블 릴 장치 제어방법을 보인 예시적인 플로우챠트이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 케이블 릴 장치는 종래에도 스태커 크레인으로 전원을 공급하기 위해 사용하였던 케이블 릴이지만, 종래에는 앞서 설명하였듯이 대차의 가감속 및 정확한 길이 제어(바깥쪽과 안쪽의 풀어지는 케이블의 길이가 틀림)가 어려웠던 것을 정확한 길이 제어가 가능하도록 개선한 것을 주된 특징으로 한다.
때문에, 본 발명에서는 케이블 릴 장치가 기존처럼 대차에 실려 움직이지 않고, 주행레일(100)의 끝단에 고정설치된다.
그리고, 상기 주행레일(100)에는 크레인대차(200)가 움직일 수 있도록 구비되며, 상기 크레인대차(200)에는 스태커 크레인(210)이 설치되며, 상기 스태커 크레인(210)의 일측에는 반사판(220)이 구비된다.
이때, 상기 반사판(220)은 상기 케이블 릴 장치를 구성하는 레이저변위센서(110)를 통한 거리 측정에 사용된다.
이 경우, 상기 레이저변위센서(110)는 상기 반사판(220)을 통해 반사되는 레이저를 수신하여 크레인대차(200)의 가감속 속도를 감지하고, 제어부(300)에서 이를 산술연산하여 실시간으로 그에 해당되는 속도와 길이만큼 케이블드럼(120)을 풀거나 감을 수 있도록 안내하게 된다.
여기에서, 상기 제어부(300)는 PLC로서, 통상 제어패널 형태로 구비됨이 바람직하고, 마이크로프로세서로 구성할 수도 있는데, 구체적인 구성에 관하여는 후술하기로 한다.
또한, 상기 주행레일(100)의 끝단에 구비된 케이블 릴 장치는 케이블드럼(120)을 포함한다.
상기 케이블드럼(120)은 전원공급용 케이블(C)을 감았다 풀었다 하면서 상기 스태커 크레인(210)으로 안정적인 전원을 공급하기 위한 수단으로서, 서보모터(122)에 의해 구동 제어된다.
이와 같이, 본 발명에서는 서보시스템이 적용되는데, 서보시스템을 구성하는 서보모터(122)는 저속에서도 정지토크가 매우 큰 특징을 가지고 있어 본 발명에 매우 적당하지만, 부스바 타입과 같이 불안정한 전원공급시에는 잦은 폴트(Fault)가 발생하므로 서보모터(122) 사용시에는 반드시 본 발명과 같은 케이블 릴 장치를 사용하여야 한다.
이때, 상기 서보모터(122)는 서보드라이버(124, 도 2 참조)에 의해 정밀 제어되며, 상기 서보드라이버(124)는 상기 제어부(300)와 연결된다.
또한, 상기 케이블드럼(120)의 전방에는 상하로 배치된 한 쌍의 아이드롤(130)이 구비되며, 상기 아이들롤(130) 사이로는 상기 케이블(C)이 맞물린 상태로 통과된다.
때문에, 상기 케이블(C)이 움직이게 되면 상기 아이들롤(130)도 함께 맞물려 있으므로 회전되게 된다.
이 경우, 상기 아이들롤(130)의 표면에는 요철이 형성되도록 하여 케이블(C)과의 슬립 현상을 최소화시키면 더욱 좋다.
그리고, 상기 아이드롤(130)중 어느 하나의 일단에는 엔코더(140)가 설치되며, 상기 엔코더(140)는 상기 제어부(300)와 연결된다.
즉, 본 발명은 기존과 달리 상기 케이블드럼(120)을 구동시키는 서보모터(122)에 엔코더가 설치된 것이 아니라, 실제 측정값과의 오차를 최소화할 수 있도록 별도로 구비된 아이드롤(130) 상에 엔코더(140)가 설치된다.
이렇게 함으로써, 실질적인 케이블(C)의 풀림 길이 만큼 풀릴 수 있도록 제어할 수 있게 되는데, 크레인대차(200)가 움직인 길이와 케이블드럼(120) 앞 단의 엔코더(140) 길이가 갖도록 제어함으로써 실제적인 이동을 정확하게 동기화시킬 수 있게 된다.
이와 같은 구성들을 통해 상기 서보모터(122)는 상기 크레인대차(200)의 속도 및 위치값을 레이저변위센서(110)를 통해 측정하고, 이를 기반으로 케이블드럼(120)에서 풀려질 케이블(C)의 실제 길이와 풀림 속도는 아이들롤(130) 상의 엔코더(140)와 연계하여 PID 제어함으로써 정확한 케이블(C) 풀림, 또는 감김을 조절할 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 제어부(300)는 도 2와 같이 구성될 수 있다.
도 2에 따르면, 상기 제어부(300)에는 레이저변위센서(110)를 통해 크레인대차(200)의 속도 및 위치에 대한 정보를 수신하여 검출하는 제1검출부(310), 상기 제1검출부(310)의 검출값을 기반으로 위치 및 속도를 계산하는 제1연산부(330)를 포함한다.
또한, 상기 아이들롤(130)의 엔코더(140)로부터 케이블(C)의 풀림 또는 감김 속도 및 위치에 대한 정보를 수신하여 검출하는 제2검출부(320), 상기 제2검출부(320)의 검출값을 기반으로 위치(이것은 케이블의 길이를 말함) 및 속도를 계산하는 제2연산부(340)도 포함한다.
아울러, 상기 제1,2연산부(330,340)에서 산출된 두 값의 차이를 PID 연산하여 제어값을 계산하는 PID제어부(350) 및 상기 PID제어부(350)의 제어값에 따라 서보드라이버(124)를 실제 제어하는 서보모터속도제어부(360)를 포함한다.
여기에서, PID제어란 비례제어(P), 적분제어(I), 미분제어(D)를 합친 것으로, 제어하기 위한 목표와 현재의 차이(편차)를 산출해서 그 편차값에 비례하게 제어량을 주어 정확한 제어가 가능하도록 하는 모터의 회전, 온도 등 여러 산업분야에서 다양하게 활용되고 있는 공지의 제어방식이다.
이와 같은 제어부(300)의 구성을 통해 실제로 크레인대차(200)의 움직임에 맞춰 케이블(C)이 움직여야 할 정확한 길이, 속도를 찾아내어 제어함으로써 기존처럼 편차에 의한 케이블(C) 파단 등의 문제를 완벽하게 해소할 수 있고, 정확한 제어가 가능하여 안정성을 높이며, 효율화시킬 수 있다.
이하, 도 3을 참고하여 제어방법에 대하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 크레인대차(200)의 이동을 검출하는 제1단계(S100)가 수행된다.
상기 제1단계(S100)는 크레인대차(200)가 주행레일(100)을 따라 움직일 경우, 레이저변위센서(110)가 스태커 크레인(210)에 구비된 반사판(220)에 조사된 후 되돌아 오는 레이저의 시간차를 이용하여 크레인대차(200)의 원,근 및 이동속도 등을 검출하는 단계이다.
이어, 크레인대차(200)의 이동에 따른 위치 및 속도를 산출하는 제2단계(S110)가 수행된다. 여기에서, 위치란 포지션(Posion)을 의미하는 것이 아니라 고정위치인 케이블드럼(120)으로부터 크레인대차(200)까지의 필요한 거리를 말하는 것이다.
상기 제2단계(S110)는 상기 레이저변위센서(110)의 검출값을 기반으로 제어부(300)의 제1연산부(330)에서 산술하여 크레인대차(200)에서부터 케이블드럼(120)까지의 거리(순간거리임-이 또한 시간에 따라 변하는 변수이므로) 및 시간에 따라 변하는 크레인대차(200)의 속도를 계산하는 단계이다.
아울러, 상기 크레인대차(200)가 움직이면 케이블드럼(120)과 크레인대차(200)까지의 거리가 변하게 되므로 서보모터(122)가 당연히 구동되게 되는데 이때, 엔코드(140)를 통해 케이블(C)의 움직임을 검출하는 제3단계(S120)가 수행된다.
상기 제3단계(S120)는 상기 제2단계(S110)에서 산출된 값과의 차이를 정확하게 계산하여 케이블(C)을 감거나 풀 때 오차를 줄이기 위한 것이다.
이어, 상기 제3단계(S120)에서 검출된 검출값을 기반으로 제어부(300)의 제2연산부(340)에서 산술하여 케이블(C)의 시간에 따른 이동길이 및 속도를 계산하는 제4단계(S130)가 수행된다.
이렇게 하여, 계산이 완료되면 PID제어부(350)에서는 제2단계(S110)와 제4단계(S130)에서 산출된 검출값을 비교하고 PID 제어하여 서보모터(122)의 구동을 위한 제어값을 산출하는 제5단계(S140)가 수행된다.
이후, 제어값이 산출되면 서보드라이버(124)를 통해 서보모터(122)의 회전량을 정확하게 구동 제어하는 제6단계(S150)가 수행된다.
따라서, 케이블(C)의 감김 또는 풀림시 크레인대차(200)의 움직임에 따른 실제적인 동기화가 이루어지므로 케이블(C)의 파단없이 정확하게 감기고 풀릴 수 있게 되어 작업 효율을 향상시키게 된다.
100: 주행레일 200: 크레인대차
300: 제어부

Claims (7)

  1. 주행레일(100)을 따라 움직이는 크레인대차(200), 크레인대차(200)에 탑재된 상태에서 자동창고의 물류를 수행하는 스태커 크레인(210)을 포함하고, 스태커 크레인(210)으로 전원을 공급하는 케이블 릴 장치에 있어서;
    상기 주행레일(100)의 일단에 설치된 케이블드럼(120);
    상기 케이블드럼(120)을 회전 구동시키는 서보모터(122);
    상기 스태커 크레인(210)으로 레이저를 조사하여 스태커 크레인(210)의 변위를 계측하는 레이저변위센서(110);
    상기 서보모터(122)의 회전수, 레이저변위센서(110)의 측정값을 토대로 크레인대차(200)의 위치 및 속도를 추적하고, 케이블(C)의 감김 또는 풀림을 동기화시키는 제어부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치.
  2. 청구항 1에 있어서;
    상기 스태커 크레인(210)에는 반사판(220)이 더 설치되어, 상기 레이저변위센서(110)의 측정 정확도를 높인 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치.
  3. 청구항 1에 있어서;
    상기 케이블드럼(120)에는 케이블드럼(120)과 간격을 두고 상하 한 쌍의 아이들롤(130)이 더 설치되고, 상기 한 쌍의 아이들롤(130)에는 스태커 크레인(210)으로 인출되는 케이블(C)이 맞물린 상태로 통과되게 배치되는 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치.
  4. 청구항 3에 있어서;
    상기 아이들롤(130)의 일단에는 엔코더(140)가 더 설치되어 아이들롤(130)의 회전수를 측정하고 제어부(300)로 송신하여 케이블(C)의 감김 또는 풀림 정도, 속도를 산출하도록 안내하는 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서;
    상기 아이들롤(130)의 표면에는 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치.
  6. 청구항 1에 있어서;
    상기 제어부(300)는, 상기 레이저변위센서(110)를 통해 크레인대차(200)의 속도 및 위치에 대한 정보를 수신하여 검출하는 제1검출부(310), 상기 제1검출부(310)의 검출값을 기반으로 위치 및 속도를 계산하는 제1연산부(330), 상기 케이블드럼(120)과 간격을 두고 설치된 아이들롤(130)의 엔코더(140)로부터 케이블(C)의 풀림 또는 감김 속도 및 위치에 대한 정보를 수신하여 검출하는 제2검출부(320), 상기 제2검출부(320)의 검출값을 기반으로 위치 및 속도를 계산하는 제2연산부(340), 상기 제1,2연산부(330,340)에서 산출된 두 값의 차이를 PID 연산하여 제어값을 계산하는 PID제어부(350) 및 상기 PID제어부(350)의 제어값에 따라 서보드라이버(124)를 실제 제어하는 서보모터속도제어부(360)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4, 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 자동 케이블 릴 장치를 제어하는 방법에 있어서;
    크레인대차(200)가 주행레일(100)을 따라 움직일 때 레이저변위센서(110)가 스태커 크레인(210)에 구비된 반사판(220)에 조사된 후 되돌아 오는 레이저의 시간차를 이용하여 크레인대차(200)의 원,근 및 이동속도 등을 검출하는 제1단계(S100);
    상기 레이저변위센서(110)의 검출값을 기반으로 제어부(300)의 제1연산부(330)에서 산술하여 크레인대차(200)에서부터 케이블드럼(120)까지의 거리 및 시간에 따라 변하는 크레인대차(200)의 속도를 계산하는 제2단계(S110);
    엔코드(140)를 통해 케이블(C)의 움직임을 검출하는 제3단계(S120);
    상기 제3단계(S120)에서 검출된 검출값을 기반으로 제어부(300)의 제2연산부(340)에서 산술하여 케이블(C)의 시간에 따른 이동길이 및 속도를 계산하는 제4단계(S130);
    계산이 완료되면 PID제어부(350)에서는 제2단계(S110)와 제4단계(S130)에서 산출된 검출값을 비교하고 PID 제어하여 서보모터(122)의 구동을 위한 제어값을 산출하는 제5단계(S140);
    제어값이 산출되면 서보드라이버(124)를 통해 서보모터(122)의 회전량을 정확하게 구동 제어하는 제6단계(S150);로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 케이블 릴 장치의 제어방법.
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