金融业机房UPS监控技术探究

2020-04-26 15:55:48 396

一、UPS监控、报警系统的重要作用
  
  作为提高电源系统质量的主要设备,UPS本身的可靠性、可用性是衡量UPS系统性能最重要、最根本的指标。优秀的UPS监控、报警系统不仅可以监视和控制UPS设备,并可在出现故障、异常情况时及时通知相关维护人员。一般来说,监视功能是给普通用户使用的,而控制功能是给具有特权的用户使用的。普通用户只能读取电源事件和数据信息,供用户分析、判断UPS故障。特权用户才可以对被监控的UPS进行诊断、测试、配置参数等操作。
  
  具体来说,实施电源监控的意义有以下几个方面:
  
  ①使用各种图形用户界面显示UPS的输入电压、输出电压、输入频率、输出频率、电池电压、输出电流等参数,以便系统管理员或用户掌握当前UPS的实时状态,确保在第一时间发现问题并采取相应的应急措施予以及时处理。
  
  ②通过监控系统可查看UPS的事件日志和数据日志,连续记录设备的运行和负荷情况,进行数据采集和报告生成,全面分析电源的历史状况,真正做到设备的预检预修。
  
  ③监控系统可实现无人值守时一旦发生严重电源故障,文件能自动保存并关闭系统,使已做的工作不会因电源故障丢失。
  
  ④通过软件和智能附件可以提高UPS远程监测功能,如远程检查UPS状态、远程查询UPS报警信息以及进行电池校正试验等。这些预防性功能都可以在UPS系统故障发生之前采取适当措施,提高UPS系统的可用性。
  
  ⑤可预定UPS的关机、重启和测试计划。
  
  二、UPS的通信接口分类
  
  UPS的智能管理与通信功能是通过各种通信接口实现的。用户的不同应用需要UPS提供不同的通信接口来支持。目前市场上主要品牌UPS可提供各种通信接口和智能附件,其中包括:
  
  ①串15通信接15。其接口形式有DB9、DB25或者RJll等,通信协议有RS232、RS485等。
  ②继电器通信接15。其接VI形式有DB25、接线端子等。
  ③网络通信接VI(InBand)。通过赋予UPS一个网络IP地址,将UPS接人用户局域网,同时支持TCP/IP、SNMP(SNMP是简易网络管理协议的英文缩写)等协议,接口形式有RJ45、BNC等。
  ④电话通信接口(OutOfBand)。配合Modem及电话线实现远程监控,接口形式为RJll。
  ⑤卜BUS通信接口。支持ModBus/JBus协议,可将UPS的管理集成到楼宇管理系统(BMS)。
  ⑥usB(UniversalSerialBus)接口。此通信方式等效于RS一232串口通信。
  
  三、UPS监控、报警系统的技术方案
  
  目前针对UPS可供选择的监控、报警方案很多,各具不同的优缺点和可行性,分析归纳起来有以下常见方案。
  
  1.辅助继电器方式
  
  干接点接口板综合报警,也就是通过机器本身辅助继电器模块接口,可以按常闭或常开使用每一个触点,一旦事先定义的触点正常状态发生变化,则表示有报警产生。将这些触点信号连接至相应的报警设备(如灯、警铃),就可以通过UPS的状态信号(如正常运行、旁路运行及故障报警状态等)以开关量形式及时通知用户。另外,也可以利用UPS提供的继电器通信口,增加继电器接口板(RIM,Relay Interface Module)或监控接触器模块(SCM,Supervisory Contact Module)连接相应的报警设备。如果UPS放置得比较远而UPS的峰呜报警不能立即听见,这种监控、报警就显得很有用。
  
  2.远程监控板方式
  
  这种方式是利用UPS提供的串行通信口(R232/485)连接远程监控板(RMP,Remote Monitor Pannel)监控UPS操作状态(显示信息可与UPS上LCD相同),同时使用指示灯和警报铃提供远程报警指示(如输入电压故障、电池电压低等)。远程监控板距设备的距离一般为150m(最长300m),适合安装在24小时有人值班区域,实现简单的UPS运行状态显示及报警功能。远程监控面板连接如图1所示。


  3.基于Modem/电话/寻呼方式的监控技术这是一种较容易实现的UPS报警及监控方案,使用单独电话线和Modem。当UPS在运行中出现异常状况时(如市电中断、电池快耗尽等情况),自动拨号就会通过设定的传呼或手机号码通知管理员UPS发生故障。此方案的不足之处在于,不能全面了解UPS状态,同时无法控制UPS,只能作为报警使用。基于Modem的监控方式如图2所示。


  4.远程监控服务中心方式
  
  由UPS提供商建立远程监控服务中心,为未安装监控系统的用户提供监控、报警服务。它通过调制解调器及电话线可在全球任何地点监测无限数量的UPS,管理用户设备,管理关键系统报警,进行远程诊断,提供信息报告。其连接方式是,将某区域或站点用户的几台UPS采用二线制RS485总线通信卡连接到一台主UPS,该主UPS通过通信卡和一根电话线(当然也需提供一个电话号码)与远程监控服务中心的PC机相连。PC上安装远程监控软件(Teleguard或Teleservice),同时配置2个Modem,一个连接远端UPS拨人的电话号码,另一个作为UPS报警时发送信息通知管理人员,实现4种实时的传送报警信息:拨打手机电话、短信SMS、传真和E—mail。该方案主要为UPS维护中心远程诊断UPS服务,监测距离不受限制。远程监控服务中心如图3所示。


图3远程监控服务中心

  5.基于串行通信方式的JBUS监控方式
  
  该方式利用集中监控通信接口卡JBUS/RS485,通过JBUS网络把多台UPS与Pc相连,Pc安装UPS监控软件放置在动力值班区域来监控UPS状态,并具有报警功能,同时可发送命令控制UPS(如关机、电池测试等)。
  
  J—BUS通信协议是MOD—BUS通信协议的子集,而MOD—BUS通信协议是在工业现场和楼宇自动化控制中最为常用的动力监控协议标准,支持总线多点方式,数据格式为帧格式,具有CRC校验功能。UPS标准配置的J-BUS通信协议的物理接口为RS232/RS485/RS422,其监控距离可达1.2公里、32个节点数。如果超出了这个限制,那么必须采用485中继器或485集线器来拓展网络距离或节点数。基于串行通信方式的JBUS监控方式如图4所示。


图4基于串行通信方式的监控  

6.Web/SNMP卡网络监控方式
  
  该方式为基于Web的UPS监控和管理方式,使用SNMP卡使UPS具备以太网通信能力,成为网络上的一个节点,支持TCP/IP、SNMP等网络协议,接口方式为RJ45,提供包括Web浏览,NMS网络管理系统的接入等多种服务,并通过Telnet、HTTP、FTP、SNMP等标准工具对UPS做远程监控和管理。
  
  其实现方式是,将UPS配上网卡或直接将SNMP适配器集成到UPS里,把UPS作为网络中的独立节点进行控制和诊断,通过SNMP代理的远程网络(WANS)监控UPS,让计算机及外围设备能够不透过计算机而直接接上网络,在网络环境下检测、控制本地或远程UPS,实现网络中多台PC可同时检测UPS。这种监控方式主要用于UPS数量多、分布广的企业级网络,可以将UPS作为网络上的一个(些)设备,通过网络完成对UPS的监控,特别是支持HTTP通讯协议和HTML,可以直接使用通用浏览器IE进行UPS的监控,在IE浏览器上直接察看某台UPS的工作状态、输入/输出参数、电池后备时间等信息。其监控连接方式如图5所示。


图5基于SNMP卡网络监控方式

  四、UPS设备和其他环境动力设备
  
  集中监控技术随着电源设备大量增加且分布分散,为了保障动力设备的安全运行,做到无人或少人值守,维护方式已从传统的分散型人工现场检测方式,向集中监控、集中维护和集中管理方向发展。目前许多企业已推出模块化结构的基于多种操作系统的客户机/服务器方式的智能化机房环境集中监控系统,用于管理包括UPS、转换开关、机房空调、发电机组、门禁系统、电池检测系统在内的上百种智能设备及系统,具有强大的监控与管理功能。
  
  1.集中监控系统可靠的科学管理
  
  集中监控系统根据用户机房管理需求,对不同地域的机房场地的动力环境实现集中监控,包括对机房动力系统(包括配电柜、UPS)、环境系统(机房专用精密空调、漏水检测、温湿度监测)、消防系统(消防报警监测)、保安系统(门禁系统、视频监控系统),具有完善的监测和控制功能,更为重要的是其融合了机房的管理措施,对发生的各种事件都结合机房的具体情况非常务实的给出处理信息,提示值班人员进行操作。它减轻了机房维护人员负担,有效提高了系统的可靠性,实现了机房可靠的科学管理。
  
  2.集中监控系统实现的方式
  
  (1)集中监控系统基于TCP/IP及SNMP,客户软件通过计算机网络与代理软件系统连接,计算机网络可以是局域网,广域网,传输介质可以是以太网、FDDI、ATM及ISDN、PSTN等,传输协议为TCP/IP、SNMP等,支持各大厂商生产的各种智能UPS、空调及其他设备。集中监控系统一般采用逐级汇接的结构,分别由监控中心、监控单元/监控模块和远端监控站(远端用户)组成。监控单元和监控模块是一系列的信号采集单元(如模拟量采集模块、数字量采集模块)、测量传感器、协议转换器及相应的控制执行器和智能设备的智能控制器。这些监控硬件与软件的结合实现了机房环境动力设备的集中监控。集中监控系统拓朴结构如图6所示。
  
  (2)集中监控系统一般包括客户软件Client、运行软件及监控硬件三部份。其中,客户软件是集中监控系统重要组成部分。客户软件为用户监控界面,监控结果通过客户软件反映给用户,用户通过客户软件控制或设置监控对象。运行软件在计算机后台运行,通过接口从一个机房读取环境设备的监控数据,然后组成TCP/IP的数据包,通过计算机的网卡发送到网络,在网络上的任何客户(Client)都可接收到数据包(数据包包含机房设备运行情况的数据)。运行软件同时接收网络上任何客户送来的TCP/IP数据包(用户控制机房设备的数据),运行软件把接收来的TCP/IP数据包分拆出控制数据,通过接口控制机房环境的设备。而客户软件为用户端机房监控界面,它负责接收送来的TCP/IP数据包(数据包包含机房设备运行情况的数据),把设备运行情况数据通过各种形式表达到计算机的屏幕上,用户则通过屏幕界面对设备进行控制,产生的控制数据由客户把它组成TCP/IP包,通过计算机网卡送给相应的代理。


图6集中监控系统拓扑结构

  五、UPS监控技术的发展趋势
  
  由于未来网络的全球化必然带来网络的进一步复杂化。作为网络系统的一部分,就要求UPS能够实现在各种网络平台上的监控,而且随着互联网、局域网和电子商务的高速发展,用户对网络可用性的要求会越来越高,使UPS从对网络关键设备的保护延伸至对整个网络路径的保护。UPS系统与互联网技术将紧密结合在一起。虽然传统技术如电话拨号、SNMP、Telnet等已实现了对UPS的远程和集中监控,但这些技术通常要求特定的设备配置和操作技能。随着互联网的普及,使用浏览器监控UPS将成为UPS监控技术的主流。因此,监控软件除了要提供完善的监控保护功能,还必须支持主流操作系统、跨平台操作并具有即插即用的功能;支持主流数据库及应用软件;与主流服务器管理工具集成;与主流网络管理系统集成。
  
  通过互联网浏览器,从网络中的任何工作站对所有UPS进行同时、全面的监控和管理,而且无须任何昂贵的网管软件NMS平台。UPS监控软件发展的新趋势将是界面更加新颖、功能进一步完善、稳定性好。


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