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摘要:為消除高校學生因違章使用大功率電器,導致宿舍用電線路過載,從而引發(fā)火災(zāi)的隱患,文章將安全用電與用電管理統(tǒng)一考慮,設(shè)計高校學生公寓預付費電控系統(tǒng)。對該系統(tǒng)的工作原理和功能進行了詳細介紹,并分析了實施該系統(tǒng)的主要勢。結(jié)果表明,該系統(tǒng)對提高后勤部門管理效率,保障高校公寓的用電安全,降低學校的運營成本具有顯著的作用。
關(guān)鍵詞:學生公寓;預付費電控系統(tǒng);惡性負載識別;安全用電
0引言
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,物質(zhì)生活水平不斷提高,高校學生公寓的住宿條件也逐步提高。公寓內(nèi)的配置由過去滿足基本生活需求的設(shè)備,到如今擁有電熱水器、空調(diào)、電腦等較為現(xiàn)代的用電設(shè)備。另外,由于信息時代的到來,學生需要從電視、網(wǎng)絡(luò)中學習知識,了解信息動態(tài),查找資料,這些需求導致學生公寓的供電方式也隨之發(fā)生改變,全天供電成為了學生日常生活的基本要求。以往對學生公寓的用電管理主要是采取限電流、定時間斷送電的用電管理模式,這顯然已經(jīng)無法滿足大學生學習的需求。對高校公寓供電需求的調(diào)研結(jié)果表明,約90%的學生對宿舍定時供電持不滿意態(tài)度,對全天供電滿意率則為100%。值得注意的是,由于大量使用電器,尤其是一些大功率不安全的電器,如燒開水用的電爐、“熱得快”等產(chǎn)品的違規(guī)使用,給學生公寓帶來了極大的安全隱患,對學生人生安全和財產(chǎn)安全造成了極大的威脅,若不加以限制,一旦發(fā)生電氣火災(zāi)等重大事故,將帶來無法挽回的嚴重后果。因此,對于學生公寓的用電管理,不能局限于一些傳統(tǒng)的用電管理方式上,需要充分考慮學生公寓用電的實際情況,采取為科學而完善的技術(shù)手段,制定一種適合學生公寓用電特征的智能化用電管理方案。通過對學生公寓內(nèi)用電監(jiān)控進行深入的研究,將安全用電和用電管理統(tǒng)一考慮,建立高效的宿舍預付費電控系統(tǒng),既保障公寓用電安全,又降低公寓能耗,同時提高學校后勤部門的管理工作效率。基于這一認識,研究設(shè)計并實施了一個適合于高校學生公寓預付費電控系統(tǒng)。
1高校學生公寓用電管理現(xiàn)狀
本研究以廣東地區(qū)某高校學生公寓為對象,對該公寓的用電情況和用電管理進行了深入調(diào)查,并進行了實地考察走訪,發(fā)現(xiàn)該學校目使用的電表均為機械表,計量效果不理想,在管理方式上也存在一些問題,主要體現(xiàn)在以下3個方面。
(1)電表老化 該學生公寓采用老式機械計量電表,并已持續(xù)使用多年,超出了保質(zhì)期,計量精度和安全都無法保證.不僅給學校帶來經(jīng)濟損失,而且產(chǎn)生電氣安全事故隱患。
(2)管理功能單一 學生公寓用電管理基本上采用定時管理,入房檢查方式。這不僅無法滿足當今用電管理需求,而且難于管理違規(guī)用電。不能限制由于違規(guī)使用電熱器、電飯鍋、大功率電器導致的超負荷,易引發(fā)宿舍電氣火災(zāi)。
(3)管理效率低下 主要依靠人工抄表方式統(tǒng)計耗電量,不能實時發(fā)現(xiàn)異常用電,消除隱患;在數(shù)據(jù)異常時,無法提供依據(jù),導致爭議。
經(jīng)過調(diào)查,以上現(xiàn)象是大多數(shù)高校學生公寓普遍存在的現(xiàn)象,也是困擾高校后勤管理部門的主要問題。因此,對高校學生公寓采用高效的智能化用電管理措施,消除違規(guī)用電帶來的安全隱患,提升后勤管理部門管理效益,通過技術(shù)管理措施降低學生公寓能耗是急需解決的問題。
2安全用電智能控制管理系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)上述分析,本研究設(shè)計了一種針對高校學生公寓的安全用電智能控制管理系統(tǒng),以期能夠解決目存在的問題。
2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成:計量采集系統(tǒng)(計量設(shè)備),數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(通信設(shè)備),管理平臺(數(shù)據(jù)處理、用戶服務(wù)與管理)。該系統(tǒng)具備智能用電管理功能,可實時監(jiān)測學生公寓用電信息,并通過管理平臺的數(shù)據(jù)分析功能,為學校管理部門提供依據(jù),進而解決用電過程中存在的問題。通過科學化、智能化的用電管理,實現(xiàn)安全用電、便捷管理、高效穩(wěn)定運行的目的。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見下圖
計量采集系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和電能計量功能,并提供異常保護和預付費功能,實現(xiàn)用電計量、預付費、安全用電管理的基本功能。計量采集系統(tǒng)分戶設(shè)置,具備通信接口,可方便組構(gòu)管理網(wǎng)絡(luò)。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能,采用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器將電表與系統(tǒng)管理平臺服務(wù)器連通。每臺采集器具備獨立的IP地址。傳輸網(wǎng)利用校園通信網(wǎng)絡(luò)以節(jié)省成本,從學校提供的網(wǎng)絡(luò)端口引到交換機。
管理平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)服務(wù)功能,提供預付費管理(包含充值、退電、財務(wù)統(tǒng)計等),用電分析,用電實時監(jiān)控(包含電流、電壓、功率、剩余金額等),用電管理( 包含定時通斷電、違規(guī)電器管理、負荷限制等),用戶自助查詢等。管理平臺包括了3個子系統(tǒng),即網(wǎng)絡(luò)預付費管理系統(tǒng)、校園能耗監(jiān)控系統(tǒng)、用電信息查詢系統(tǒng)。用戶服務(wù)系統(tǒng)主要是存儲萬整方套數(shù)系據(jù)統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息,提供系統(tǒng)的人機界面,提供用戶查詢管理平臺等.其他的管理端也可以直接連接到服務(wù)器進行系統(tǒng)管理;另外該系統(tǒng)還有配套設(shè)備,主要用于預付費管理系統(tǒng)的功能擴展及補充,配套設(shè)備包括售電及查詢終端、LED 顯示屏、自助充值終端等多種。管理系統(tǒng)主要是連接學校相關(guān)職能部門,把系統(tǒng)的重要信息反饋到各主要職能部門,實現(xiàn)人員的有效管理。安全用電管理系統(tǒng)實施案例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見下圖
2.2系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)具有以下功能:
(1)用電遠程計量,提升效率采用單相網(wǎng)絡(luò)預付費智能電能表進行用電計量。低功耗、長壽命、精度高、功能全、安全可靠。能耗數(shù)據(jù)自動上傳,自動抄表。
(2)用電總功率限制,綠色用電本功能主要用于學生宿舍的用電總功率限制,保證用電安全可設(shè)置 1d內(nèi)不同時間段允許的總功率不同(多6個時間段)。超功率后可設(shè)置報警提醒用戶或者直接斷電。這樣,一方面可限制主用電時段學生的總用電功率。另一方面可實
現(xiàn)夜間小電流運行模式,即夜間允許學生使用充電器、小臺燈等低功率電器,而不允許使用電視機、電腦等大功率電器,從而在保障學生夜間正常休息的提下,做到人性化的管理。
(3)惡性負載限制,保障安全本功能主要用于學生宿舍違章電器的管理,有效地避免了發(fā)熱電器及大功率電器引發(fā)的安全事故。當學生宿舍使用電爐、熱得快、電燙斗等違規(guī)大功率電器時,系統(tǒng)將自動識別為惡性負載,自動切斷電源或報警。如果自動切斷供電,過一段時
間(可設(shè)置)后可自動恢復,如果1d內(nèi)多處違章用電跳閘,則跳閘后只能由管理員再手動恢復。
(4)實時監(jiān)控,智能管理在設(shè)定的時段內(nèi)電表主動跳閘斷電,實現(xiàn)定時開關(guān)電功能.通過設(shè)置相關(guān)參數(shù)可靈活地設(shè)定定時開關(guān)電方案。本功能主要用于學生宿舍、公共用電(包括路燈、教室燈、景觀用電等)的定時控制。1d可設(shè)置多6組定時開關(guān)電時間。不管電表在何種狀態(tài)下,均可通過管理軟件遠程對電表進行通斷電。實時查看系統(tǒng)下面所有表計的當
用電狀態(tài),包括剩余金額、總用電量、電流、電壓、功率、功率因數(shù)等參數(shù)。查看的數(shù)據(jù)為實時數(shù)據(jù),根據(jù)用電狀態(tài)自動新。并對電表進行實時通電、斷電操作。
(5)違章記錄,提升管理質(zhì)量用電檢修、線路不安全用電等引起的電表進線端斷電,電表會自動記錄并告之服務(wù)器。學生使用熱得快等違章電器時,電表會自動斷電并記錄,同時告之服務(wù)器。管理員可輕松地通過軟件系統(tǒng)對上述斷電及違章事件進行全面掌握。
(6)靈活用電管理在管理平臺上配置好參數(shù)后,系統(tǒng)可自動記錄和顯示房間電表的總用電量、剩余金額、電流、電壓、違規(guī)用電記錄等信息。作為用電分析、結(jié)算、違章用電處理的數(shù)據(jù)源。同時,可根據(jù)管理規(guī)定定期向用戶自動贈送免費的用電額度。可以設(shè)置每房每月贈送多少,或者每人每月贈送多少。不同類型的用戶贈送額度可不一樣(如本科生與研究生贈送額度不同、教師與學生贈送額度不同)??砂丛?、按季度、按學期贈送。1a內(nèi)哪些月份需要贈送是可設(shè)的。對于沒有使用完的補助電,既可選擇清零,也可累加。
(7)多客戶端分權(quán)設(shè)計本系統(tǒng)可設(shè)置多個管理端,各管理端通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器,同時進行數(shù)據(jù)共享。各個管理員可獨立進行售電、退電、用電分析、基礎(chǔ)信息維護等操作,用戶可進行用電信息查詢??稍O(shè)置多個管理員級別,不同級別具有不同的管理權(quán)限。管理員可進行下屬所有的管理。同一級別可設(shè)置多個管理員。
(8)階梯電價,分時電價電表帶階梯電價、分時電價功能??砂唇o定的梯度執(zhí)行階梯電價,也可按照給定的時段及電價執(zhí)行分時電價。梯度、分時時段、電價可設(shè)。本功能可選是否啟用。
(9)安全的數(shù)據(jù)存儲電表數(shù)據(jù),在電表斷電、表內(nèi)電表沒電的狀態(tài)下,可保存10a 以上。電表突然停電等,不會影響數(shù)據(jù)的存儲,數(shù)據(jù)不丟失,且數(shù)據(jù)容量大、可靠性高、安全性強。所有數(shù)據(jù)采用*安全加密機制存儲。
(10)支持綠色校園管理該系統(tǒng)電表符合國家電網(wǎng)相關(guān)標準,通訊協(xié)議采用標準DL/T645 -2007協(xié)議。能為學校后續(xù)的節(jié)能監(jiān)管平臺提供基礎(chǔ)源數(shù)據(jù),實現(xiàn)系統(tǒng)無縫對接。
(11)網(wǎng)絡(luò)預付費預付費,先充值后用電,欠費后自動跳閘斷電,充值后立即將充值信息下傳到電表,電表自動合閘送電。對于不需要預付費的用戶,可設(shè)置為后付費工作模式。遠程充值,電表采用無卡式設(shè)計,通過485和校園網(wǎng)與服務(wù)器連通,用戶充值后,系統(tǒng)自動充值。不需要接觸電表實體,避免安全事故并延長電表使用壽命。
3安全用電控制
針對公寓安全用電的隱患,本系統(tǒng)對違規(guī)用電提供了針對性制約控制功能,具備惡性負載控制、惡性負載失敗控制、分時段功率限制等措施,可有效制約違規(guī)用電,降低安全風險。
3.1惡性負載控制
惡性負載又稱阻性負載,主要是指純阻性的直熱式電器(電烙鐵、燒水棒、電爐、電飯煲、電炒鍋、電熱杯、電吹風、發(fā)夾板等),由于其容易引發(fā)火災(zāi),因此在各大院校明令禁止使用.學生公寓用電智能管理系統(tǒng)在0-24時之間,全時段對電路中的惡性負載進行實時監(jiān)控,一旦有惡性負載接入,通過對主繼電器進行操作,及時進行斷電。當惡性負載接入時,電表總負荷上升到一定高度持續(xù)運行,同時,由于惡性負載的功率因數(shù)接近1,電路總負載的功率因數(shù)增加,因此,可認定功率因數(shù)高于某一值,并且啟動后功率維持在高位的電器為惡性負載。通過本安全用電控制系統(tǒng),可以對接入的惡性負載進行識別控制。
3.2惡性負載識別控制
惡性負載識別控制主要包括開關(guān)值、受控功率區(qū)間值、功率因數(shù)閾值、恢復供電間隔時間和每日恢復供電限制次數(shù)。當開關(guān)值處于“報警”時,啟用惡性負載識別限制功能,并在惡性負載使用時報警;當開關(guān)值處于“跳閘”時,啟用惡性負載識別限制功能,并在惡性負載使用時跳閘;當開關(guān)值處于“關(guān)”時,不啟用惡性負載識別限制功能。惡性負載的功率區(qū)間可
從30W起到大為電表額定負荷,多可以設(shè)6個區(qū)間,當設(shè)定功率區(qū)間內(nèi)的阻性負載投入使用時,電表將跳閘停止供電。為保證正常使用的負載,如飲水機、電熱水器等,可以在設(shè)定受控區(qū)間時加以區(qū)分,從而不受負載識別限制[9-10]。惡性負載的功率因數(shù)設(shè)為0-997,當功率因數(shù)大于等于此值的受控功率區(qū)間的電器投入使用時,電表自動跳閘,考慮具體用電環(huán)境,可在跳閘后自動恢復供電,斷電時間間隔以秒為單位,設(shè)定惡性負載跳閘后每日自動恢復供電的次數(shù)(3-5次),這由管理計算機鎖定并將標志下傳到電表內(nèi),當自動恢復供電次數(shù)超過設(shè)定次數(shù)時,不再自動恢復供電,需要用戶到管理部門說明原因后,通過管理平臺重新恢復供電。
3.3分時段功率限制
該系統(tǒng)允許用戶的個性化,在0-24時之間,將時間分為1-6個時間段,并分別對各個時間段進行總功率限制。當開關(guān)值處于“報警”時,啟用分時段功率限制功能,并在分時段功率限制使用時報警;當開關(guān)值處于“跳閘”時,啟用分時段功率限制功能,并在分時段功率限制使用時跳閘;當開關(guān)值處于“開”時,啟用分時段功率限制功能;當開關(guān)值處于“關(guān)”時,不啟用功率限制功能.分時段表的時間段多可設(shè)6個,每個時間段的起始時間、終止時間可在上位機上設(shè)定,并下傳存儲于電表內(nèi),由電表根據(jù)設(shè)定時間自動執(zhí)行.若設(shè)置2個時段,則時段1的后一個值需小于時段2的一個值,以此類推;功率閾值6個,對應(yīng)6個時段,不同時間段的閾值可能相同,也可能不同;超負荷跳電后自動恢復供電的時間間隔,以秒為單位,大值為9999。超負荷跳電后每日自動恢復供電的次數(shù)(3-10次)(每日,第二天清零或累計,通過系統(tǒng)處理),由上位機設(shè)定并下傳存儲于電表內(nèi),當自動恢復供電次數(shù)超過設(shè)定次數(shù)時,不再自動恢復供電,只能通過上位機遠程控制進行開電,遠程開電后或跨0:00時自動清空電表內(nèi)的跳電記錄,上位機內(nèi)的跳電記錄保存1-6個月,且可清除。
4安全用電管理系統(tǒng)勢
與傳統(tǒng)的學生宿舍供電系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)具有以下主要勢:
(1)用電安全 引進校園智能用電管理系統(tǒng),提升了高校學生公寓用電管理效率和用電安全.盡管有詳細的用電安全守則,但僅靠制度仍然難以避免超負荷用電、使用大功率高熱電器(電熱棒、電磁爐、電暖器等)、線路私拉亂拉等現(xiàn)象。同時線路短路、漏電、電壓過高等不安全隱患也無法預先消除。使用智能管理系統(tǒng)后,可有效解決上述問題。該系統(tǒng)具有用電安全保護措施,能迅速發(fā)現(xiàn)不安全用電因素,及時主動上報管理員,并自動作出預定的制止措施,消除因?qū)W生亂用電器等行為引發(fā)的火災(zāi)隱患,減少學校損失。
(2)降低能耗 智能控制管理系統(tǒng)能分析用電,減少浪費,節(jié)約用電,降低能耗。目高校管理部門對用電狀況的了解程度不夠細致,不了解能耗構(gòu)成,導致浪費嚴重卻找不到源頭,采用智能管理系統(tǒng)后,可實時顯示用戶的用電量,自動分析用電明細,如果發(fā)現(xiàn)用電超標、故障等現(xiàn)象,可以在平臺上報警,通知管理人員采取措施,杜絕不合理用電,有效降低能耗。超標、故障信息自動建立文檔,供管理部門進一步分析原因,采取對策。
(3)智能管理 該系統(tǒng)提供電腦終端遠程自動抄表、遠程充值、電腦自動換算電費電量等功能,不需要人工管理抄表,避免了由于系統(tǒng)問題與人員錯誤操作,減少了收費管理日常用電管理等工作量;同時該系統(tǒng)可直接與學校財務(wù)管理系統(tǒng)對接,提供安全便捷的數(shù)據(jù)輸出,有效提升后勤用電管理部門的工作效率,該系統(tǒng)實施后,受到學校后勤管理部門*,管理人員處理故障強度下降,效率提升。
5安科瑞宿舍預付費電控系統(tǒng)介紹
5.1 系統(tǒng)方案
高校宿舍作為一個特殊應(yīng)用場合,在傳統(tǒng)的電能管理需求的基礎(chǔ)上有著與其他應(yīng)用場合所不同的要求,強調(diào)的是用電控制管理,如宿舍的時間管理(按時熄燈、按時送電,某一些設(shè)備如空調(diào)不能納入熄燈范圍)、惡性負載控制、基礎(chǔ)電量設(shè)置等。系統(tǒng)建設(shè)的意義:
方便學校對宿舍的用電收費,學生群體眾多,傳統(tǒng)的后付費方式已無法滿足校方需求,收費管理可與校園一卡通對接,學生可以自助繳費。
通過技術(shù)手段加強對宿舍的用電管理,可實現(xiàn)時間定時控制、惡性負載檢測、基礎(chǔ)電費下發(fā)等適合學校規(guī)范管理的功能。
人性化的方案設(shè)計,可實現(xiàn)單一宿舍內(nèi)的多個支路的獨立控制,讓學生可獲得高質(zhì)量的宿舍生活提供了支持。
惡性負載控制(如卷發(fā)棒、電吹風、電爐、熱得快、電熱杯等實施自動識別控制)、夜間小功率設(shè)置、移相插座識別、負載學習功能(白名單)。
5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
AcrelCloud-3100整合高校需求,在原有預付費基礎(chǔ)上增加了宿舍電能管理所需的各種功能,完美解決了高校宿舍電能管理問題。
5.3系統(tǒng)功能
AcrelCloud-3100學生宿舍版預付費云平臺是與ADM130(一進三出)或ADF300L(多回路計量箱)預付費電能表配套的云平臺。它是以電能管理和集中抄表軟件為主,包括服務(wù)器,通訊管理機在內(nèi)的集成系統(tǒng)。針對高校宿舍這一特殊應(yīng)用場合研發(fā),主要實現(xiàn)電能監(jiān)控、時間管理、惡性負載管理、預付費管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。
批量操作:系統(tǒng)支持對宿舍進行批量設(shè)置,批量初始化、批量下發(fā)基礎(chǔ)電量、批量設(shè)置負控、批量設(shè)置時控等,方便學校進行統(tǒng)一管理。
惡性負載自動識別控制:對不允許使用的發(fā)熱電器(如電爐、熱得快、電熱杯等)實施自動識別控制,發(fā)現(xiàn)這些發(fā)熱電器自動斷電。惡性負載暫停時間和次數(shù)可通過軟件設(shè)定。
基礎(chǔ)電費:可以設(shè)置每月給學生下發(fā)的免費輔助電費,覆蓋式下發(fā),不累計。
時間控制功能:支持多8個時段設(shè)置宿舍供電斷電,方便管理學生宿舍作息 。
對接一卡通支付:系統(tǒng)支持中間庫,接口等方式對接學校一卡通,方便學生自助購電 。
一進三出:ADM130電表支持多三回路輸出,各回路單獨分合閘、惡性負載、時控等設(shè)置。
遠程售電:操作員可以通過后臺給宿舍進行電費充值,學生也可以通過學習一卡通、學校公眾號進行自助充值。
遠程集中抄表:抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實時上傳到云平臺,快速便捷,免去人工抄表 。
遠程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作,方便管理。
6安科瑞故障電弧產(chǎn)品介紹
6.1概述
安科瑞AAFD-4*電弧探測器(以下簡稱探測器)對接入線路中的故障電?。òü收喜⒙?lián)電弧、故障串聯(lián)電?。┻M行有效的檢測,當檢測到線路中存在引起火災(zāi)的故障電弧時,可以進行現(xiàn)場的聲光報警,并將報警信息傳輸給上端監(jiān)控設(shè)備,以實現(xiàn)預警火災(zāi)發(fā)生的目的。故障電弧探測器適用于工業(yè)與民用建筑中10KW及其以下的電氣線路,其保護線路長度不宜大于100米。
產(chǎn)品遵循國標GB 14287.4-2014,可適用于養(yǎng)老院、學校、商業(yè)建筑、賓館、工廠、庫房、圖書館、辦公室、家庭住宅、以及娛樂場所等。
6.2 功能應(yīng)用
(1)故障電弧檢測 故障電弧探測器對接入線路中的故障電弧(包括故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進行有效的檢測,當檢測到線路中存在引起火災(zāi)的故障電弧時,發(fā)出聲光報警信號。
出廠默認電流保護設(shè)定值為2.5A,聯(lián)動DO開關(guān)打開。
(2)自檢功能 探測器具備自檢功能,在主界面下長按/自檢鍵,系統(tǒng)將進入自檢狀態(tài),查看設(shè)備是否完好。
(3)消音功能 在報警狀態(tài)下,長按消音鍵,探測器報警聲音消除。
(4)報警復位(解除報警)當發(fā)生報警時,可通過長按復位解除報警;如果在進行復位操作后未排除報警故障,探測器將再次進入故障報警狀態(tài)。
(5)集中監(jiān)控 集中監(jiān)控計算機通過RS485,接受現(xiàn)場采集信號,發(fā)出報警信號及控制指令。采用Modbus-RTU 協(xié)議通訊,通訊距離為500米,同一鏈路可監(jiān)控32臺探測器。
7結(jié)束語
針對當高校學生公寓的用電現(xiàn)狀和亟待解決的安全問題,本研究提出并設(shè)計了高校學生公寓用電安全智能控制管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案,本文對該系統(tǒng)的功能和特征進行了分析和說明,該系統(tǒng)對提高學校后勤部門的管理效率,保障高校公寓的用電安全,降低學校的運營成本具有明顯的作用。
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