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      以多用戶卡或串行口轉換器實現多臺UPS的監控

      對UPS的運行狀況進行實時監控,已成為多數用戶對設備提出的一項技術要求。UPS生產廠家也早已在自己的產品上設置了RS-232串行通信口,有的廠家連RS485串行通訊口也不再作為選件而直接配置,SNMP卡和MODEM卡普遍成為廠家提供的選件。除此而外,還普遍設置了無源干接點輸出端口,以便連接模擬屏或控制系統使用。在軟件的開發方面也推出了獨具特色的UPS專用監控軟件,這件軟件可以在WINDOWS、NOVELL、IBM、UNIX、HP-UX等操作平臺上使用,從而為運行中的UPS進行實時監控、局域網監控、互聯網監控都提供了有力的支持。

       在技術實施中,往往遇到對單臺UPS進行監控比較容易,而對多臺UPS實時監控就不那么得心應手。當然,原因是多方面的,但每臺UPS的通訊口與監控計算機交換信息的硬件配置確是重要原因。從每臺單機或多臺并聯冗余UPS系統集中監控的技術實踐中得到的體會是:采用多用戶串口通訊卡和RS232/RS485串行口轉換器也是一種簡單、易行、低成本的方案。


      1 多用戶卡用于UPS監控

      1.1 多用戶卡簡介

      多用戶串口通訊卡是為彌補計算機最多只有兩個RS232通訊口的不足而設計的,從而使一臺PC可以與多臺具有RS232串口的設備通訊。它設計成可以插在計算機ISA總線和PCI總線兩種PCB板外型。通訊卡的核心是I/O控制器,一般用16C550(四串口卡常用)、16C950(八串口卡常用)或兼容的UART大規模芯片。外圍電路則用于接口和計算機匹配與連接,它是多臺UPS與監控計算機之間進行信息交互傳輸的總調度。多用戶卡設計成可通過隨卡的軟件設置I/O地址和IRQ中斷,也可以通過BIOS對它們進行自行分配,以適應不同的需要??ǖ膫鬏斔俾试?10~115.2bps之間,對UPS系統來說是足夠使用的。作為信息傳輸的常規設置,多用戶卡同樣具有奇偶校驗、數據位長度、停止位長度、數據流控制方式等設置,以配合不同廠家產的UPS串行通訊口輸出數據格式,這些出廠前都做了典型配置,在具體使用場合若需變更只要按使用手冊或隨卡驅動軟件提示,就可很順利地完成。

      多用戶串口卡的驅動程序可以在WINDOWS、SCO UNIX、SCO OPEN SERVER等操作系統平臺上使用。多用戶卡也有良好的物理性能,有很強的抗靜電、抗浪涌、抗雷電沖擊能力,適用于工業環境,用于對UPS系統的監控是合適的。

      多用戶串口通訊卡有4用戶、8用戶、32用戶等多種規格產品,一臺PC需要與多少臺具有RS232接口的設備通訊,就選用相應的多用戶卡。接口插接件有9針口和25針口兩種形式,適應多種多樣的設備。作為多臺UPS系統實時監控用是很方便的。

      1.2 工程應用實例

      某部計算中心用3臺意大利康威斯FTT100kVA UPS并聯冗余為主機房設備供電。用3臺單機工作的康威斯ETT30kVA UPS為二樓其它設備供電。中心要求利用一臺閑置的IBM PC對此六臺UPS在一樓值班室進行實時監控。對此,提出了用SNMP卡構成局域網,用多用戶串口通訊卡、選購UPS監控用軟、硬件成品等幾種方案。經過對以上部分方案的現場實驗,同時考慮到現場環境較好,監控距離不超過20m的條件,根據簡單、可靠、成本低的原則,確定了采用多用戶串口通訊卡方案。監控系統構成框圖如圖1所示。

      多用戶串口卡直接插在PC機的PCI總線上。此卡的輸入端口是8根導線各連接一個的九針插接頭。五個插接頭分別連接五臺UPS的RS232口,一臺UPS的RS232口直接與PC機的RS232口連接(此PC機只有一個RS232口),其它輸入端口做備用。通過隨卡的軟件進行有關設置,并將COM口與UPS一一對應起來,即完成調試。

      UPS的監控軟件是意大利康威斯UPS廠隨機提供的,叫做LOGIC(邏輯),它的功能與大部分UPS廠家提供的監控軟件大同小異,可以同時監控8臺UPS。雖尚未漢化,但使用起來還算方便;用此軟件也設置好COM口與UPS對應編號及傳輸速率,然后點擊主畫面,被選擇的UPS的實時運行參數——輸入電壓、電流、輸出電壓、電流、頻率、整流器電流、電池電壓、電流及電池延遲時間、報警提示等即以模擬圖及表格數據形式實時顯示出來。數據每8秒刷新一次(可選擇設定刷新時間)。軟件還有運行記錄、故障記錄等內容,點擊即可知相關信息。也可用關閉或啟動命令控制整流器、逆變器及靜態開關的運行狀態,對于遠距離實時監控多臺UPS來說是很方便的。

      整個UPS實時監控系統符合用戶提出的性能要求。運行一年多來一直穩定可靠??梢娫?5m左右范圍內使用多用戶串口通訊卡連接計算機與多臺UPS實時監控的方案是簡單實用的。


      2 RS232/RS485轉換器在UPS監控中的應用

      RS232口的數據傳輸距離很短,而且串口之間的同名數據線不能互聯,加之計算機本身最多對外設兩個RS232口,因此,若不采用多用戶串口通訊卡,很難實現一臺PC監控兩臺以上的UPS。而利用RS485串行通信口實現一臺PC對多臺UPS進行更遠距離監控就便利多了。

      2.1 RS485接口的特點

      RS232接口使用的是單端接收,單端驅動電路,接收端無法將*與數據信號區分開來,因此,傳輸速率低,抗*能力弱、傳輸距離短。而RS485接口標準規定了它是平衡驅動和差分接收的電氣接口。這種電路結構可以消除信號地線,從而在長距離的傳送中明顯地提高了數據傳輸速率。在19.2kbps的速率下,RS485接口可以將數據傳至1200m的距離。

      RS485接口的平衡驅動器,相當于兩個單端驅動器,輸入是同一個信號,一個驅動器的輸出與另一個驅動器的輸出信號正好反相。當*信號以共模信號竄入時,接收器則接收差分輸入電壓,因為接收器具有抗共模電壓的抑制能力,所以它能夠將有效信號正確地分離和接收。

      RS485接口采用一對平衡差分信號線,為半雙工信號傳送模式,它可以很方便地實現多站互聯。每個站的RS485同名信號端互聯起來后,在選定的某一時刻只有其中一個站的使能端接收到發送信號后才可以發送數據,而其他的站只能接收。如圖2所示。

      RS485接口的互聯性能不僅可以大為簡化數據傳輸線的電氣構成,而且每個站只有自己唯一的地址標識,利用它,每個站或設備只接收包含其專有地址標識的信息,從而使主站與分散子站間的數據通信得以有序、可靠地進行。

      2.2 RS232/RS485轉換器

      為了解決只有RS232接口的設備與只有RS485接口的設備之間的通信,或是利用RS485口可遠距離傳輸信號可以互聯的優越性,以實現多站點間的長距離通信,人們研制出了RS232/RS485串行接口轉換器。

      這種轉換器小巧精致,可直接插在設備的RS232口或RS485口的DB9插座上,使用很方便。它的內置流量控制芯片,具有零延時自動轉換功能。轉換器不必外接電源,而是由RS232數據線TXD(發送數據)或者是握手信號供電支持自己的工作。轉換器也不需要使用RTS(請求發送)信號來控制RS485的驅動器,只要RS232口的TXD線上有數據信號時RS485的發送驅動器將自動開始工作。為防止從RS232站口發出的數據信號再被反饋到RS232端口,轉換器專門設置了一個阻止反饋電路,使驅動器僅在發送時才工作,接收器在發送時不工作。RS232/RS485接口轉換器的原理圖3如下。

      RS232/RS485串行口轉換器的數據傳輸速率在19.2kbps情況下傳輸距離可達1.2km??稍跍囟?℃~70℃,相對濕度90%的環境中可靠工作。

      2.3 接口轉換器用于UPS的監控

      RS485接口用于UPS遠距離實時監控是很合適的。它既不需要在PC機總線上插專用卡,也不需要PC機與每臺UPS一一連接,而只要每臺設備的RS485口或RS232/RS485轉換口互聯起來再與PC機的RS485或RS232/RS485轉換口連接起來即可。例如:信息中心、結算中心、指揮中心等,一個建筑物內有很多臺UPS,它們可能是幾種品牌又不同規格的,但只要安裝有RS485接口,UPS又有監控軟件,利用RS485接口的互聯性能,將這些UPS連接起來,構成以微型計算機為中心的多站互聯結構,就可以在總監控室用一臺微型計算機遠距離監控它們的實時工作狀況,如圖4所示。

      如果微型計算機沒有設置RS485接口,則可以使用RS232/RS485接口轉換器轉換成RS485通信格式再與UPS的RS485接口互聯。當然對于只設有RS232接口而沒有RS485接口的UPS,也同樣可以使用RS232/RS485接口轉換器以后再與別的UPS的RS232/RS485接口轉換器互聯,從而構成一臺PC對多臺UPS監控的網絡。硬件連接完成以  后,RS232/RS485串口轉換器不必做什么設置,只需將UPS的監控軟件裝入微型計算機,根據軟件的提示一一對應地設置好每臺UPS的編號或名稱及COM口即可。設置好握手關系后即進入系統監控狀態;需要監控哪臺UPS的工作,只要調用其監控軟件并按預先設置好的名稱或編號進行相應的選擇,UPS的實時工作參數就會顯示出來。

      這種以RS232/RS485接口轉換器互聯方式構成的一臺微型計算機監控多臺UPS的方式,對同一品牌的UPS遠距離集群監控十分方便。對非同一品牌的UPS則需要調用自己的監控軟件,雖操作較多,但比用每種品牌的UPS的通信協議重新開發一個綜合的監控軟件要經濟得多。

      2.4 工程實例

      一個大型的500kV高壓開關站,用三臺30kVA的意大利康威斯UPS供給總控制室及各控制站房主要設備電力,并要求用總監控室的監控計算機監控這三臺UPS的實時工作狀況??紤]到這三臺UPS雖然是同一品牌,但都只有RS232串行通信口,它們的安裝地點距總監控室很遠,且電站內強電力設備多,電磁*大等因素,決定采用RS232/RS485接口轉換器進行互聯、遠傳。方案如圖5所示。

      三臺UPS的實時運行參數通過RS232/RS485接口轉換器,將RS232接口的差分信號轉換成平衡半雙工RS485接口信號。然后將它們的接收端和發送端分別連接起來,再通過一個RS232/RS485接口轉換器與數據處理機的RS232接口相連。數據處理機是電站內多種設備的數據綜合處理設備,它可以根據監控計算機的指令按一定的程序傳送三臺UPS的實時工作數據。監控計算機的應用軟件是專門開發的電站設備綜合監控軟件。平時監控計算機的監控畫面是以綠色圖標的形式表示各種設備工作正常。當某臺UPS的圖標變成紅色或是需要仔細地查看三臺UPS的實時運行狀況時,只要點擊指令就可以在監控計算機上展開三臺UPS的詳細運行參數。

      以RS232/RS485接口轉換器為主構成的這套UPS監控系統,既做到設備數據輸出口的互聯,簡化了硬件設備,也達到了抗電磁*遠距離可靠傳送數據的要求。

      2.5 應用經驗

      現代電子及計算機信息技術,為UPS的實時監控提供了許多可行的方法與設備。在什么情況下選用哪種方案最理想,是要從技術和成本兩方面考慮的問題。根據實踐經驗,在電氣環境相對較好的15m左右范圍內,構成以多用戶卡為主的一臺微型計算機監控多臺UPS的方式是適宜的。而對更遠距離的監控或存在強電磁*的場合,則選用RS232/RS485接口轉換器的方案更為可行。

      用于對多臺UPS進行監控的計算機可以很方便地構成局域網或連接互聯網,這樣就更擴展了對UPS集群監控的距離和范圍,實現異地監控、對管理人員電話提示、對網絡系統供電的管理等,在現代UPS監控軟件的支持下都變得很容易。

      現在很多廠家都研制、生產RS232/RS485接口轉換器和多用戶串口通訊卡,它們的電路原理大同小異,性能也沒有太大的差別,使用者最好先研究一下它們的技術說明書,然后可根據UPS所配置的軟、硬件情況及對多臺UPS監控的要求進行選擇。

      接口與UPS設備之間的傳輸信號線要采用標準線,它們不要與電力線平行布置,最好放入金屬線槽內,防止電磁*。多用戶卡與各臺UPS之間信號線的插接頭要確保接觸良好,RS232/RS485轉換器要牢靠地連接在UPS的RS232接口上,可做一個支架增強連接的緊密性。

      現代UPS,特別是中、大型UPS的監控軟件設計的性能都比較先進,為多臺UPS的集群測控提供了良好的技術支持。因為要監控的UPS較多,所以要特別注意做好軟、硬件之間的調試;UPS方面要順序地設置好每臺的編號或名稱,以及通訊方式等。微型計算機方面則要按軟件的要求,一一對應設置好COM口和波特率等。這項工作要認真,仔細地進行,它是系統調試的關鍵環節。對于要求將UPS的集群監控納入與環境溫度、濕度等并列的集中監控系統時,則要提供UPS的開放式通信協議,以便與其它設備的監控軟件組成一個完整的系統監控軟件。

      以一臺微型計算機監控多臺UPS的方式雖然有幾種,但通過技術實踐證明,采用多用戶卡和接口轉換器構成UPS集群監控系統的方式也是很好的。

      by 張振毅

       
       
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