以多用戶卡或串行口轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)UPS的監(jiān)控
對(duì)UPS的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，已成為多數(shù)用戶對(duì)設(shè)備提出的一項(xiàng)技術(shù)要求。UPS生產(chǎn)廠家也早已在自己的產(chǎn)品上設(shè)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(shè)置了無(wú)源干接點(diǎn)輸出端口，以便連接模擬屏或控制系統(tǒng)使用。在軟件的開(kāi)發(fā)方面也推出了獨(dú)具特色的UPS專(zhuān)用監(jiān)控軟件，這件軟件可以在WINDOWS、NOVELL、IBM、UNIX、HP－UX等操作平臺(tái)上使用，從而為運(yùn)行中的UPS進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、局域網(wǎng)監(jiān)控、互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控都提供了有力的支持。
在技術(shù)實(shí)施中，往往遇到對(duì)單臺(tái)UPS進(jìn)行監(jiān)控比較容易，而對(duì)多臺(tái)UPS實(shí)時(shí)監(jiān)控就不那么得心應(yīng)手。當(dāng)然，原因是多方面的，但每臺(tái)UPS的通訊口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)交換信息的硬件配置確是重要原因。從每臺(tái)單機(jī)或多臺(tái)并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)集中監(jiān)控的技術(shù)實(shí)踐中得到的體會(huì)是：采用多用戶串口通訊卡和RS232/RS485串行口轉(zhuǎn)換器也是一種簡(jiǎn)單、易行、低成本的方案。
1 多用戶卡用于UPS監(jiān)控
1.1 多用戶卡簡(jiǎn)介
多用戶串口通訊卡是為彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)最多只有兩個(gè)RS232通訊口的不足而設(shè)計(jì)的，從而使一臺(tái)PC可以與多臺(tái)具有RS232串口的設(shè)備通訊。它設(shè)計(jì)成可以插在計(jì)算機(jī)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(guī)模芯片。外圍電路則用于接口和計(jì)算機(jī)匹配與連接，它是多臺(tái)UPS與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交互傳輸?shù)目傉{(diào)度。多用戶卡設(shè)計(jì)成可通過(guò)隨卡的軟件設(shè)置I/O地址和IRQ中斷，也可以通過(guò)BIOS對(duì)它們進(jìn)行自行分配，以適應(yīng)不同的需要?？ǖ膫鬏斔俾试?10～115.2bps之間，對(duì)UPS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是足夠使用的。作為信息傳輸?shù)某Ｒ?guī)設(shè)置，多用戶卡同樣具有奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度、停止位長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)流控制方式等設(shè)置，以配合不同廠家產(chǎn)的UPS串行通訊口輸出數(shù)據(jù)格式，這些出廠前都做了典型配置，在具體使用場(chǎng)合若需變更只要按使用手冊(cè)或隨卡驅(qū)動(dòng)軟件提示，就可很順利地完成。
多用戶串口卡的驅(qū)動(dòng)程序可以在WINDOWS、SCO UNIX、SCO OPEN SERVER等操作系統(tǒng)平臺(tái)上使用。多用戶卡也有良好的物理性能，有很強(qiáng)的抗靜電、抗浪涌、抗雷電沖擊能力，適用于工業(yè)環(huán)境，用于對(duì)UPS系統(tǒng)的監(jiān)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(guī)格產(chǎn)品，一臺(tái)PC需要與多少臺(tái)具有RS232接口的設(shè)備通訊，就選用相應(yīng)的多用戶卡。接口插接件有9針口和25針口兩種形式，適應(yīng)多種多樣的設(shè)備。作為多臺(tái)UPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控用是很方便的。
1.2 工程應(yīng)用實(shí)例
某部計(jì)算中心用3臺(tái)意大利康威斯FTT100kVA UPS并聯(lián)冗余為主機(jī)房設(shè)備供電。用3臺(tái)單機(jī)工作的康威斯ETT30kVA UPS為二樓其它設(shè)備供電。中心要求利用一臺(tái)閑置的IBM PC對(duì)此六臺(tái)UPS在一樓值班室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)此，提出了用SNMP卡構(gòu)成局域網(wǎng)，用多用戶串口通訊卡、選購(gòu)UPS監(jiān)控用軟、硬件成品等幾種方案。經(jīng)過(guò)對(duì)以上部分方案的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較好，監(jiān)控距離不超過(guò)20m的條件，根據(jù)簡(jiǎn)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(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。
多用戶串口卡直接插在PC機(jī)的PCI總線上。此卡的輸入端口是8根導(dǎo)線各連接一個(gè)的九針插接頭。五個(gè)插接頭分別連接五臺(tái)UPS的RS232口，一臺(tái)UPS的RS232口直接與PC機(jī)的RS232口連接（此PC機(jī)只有一個(gè)RS232口），其它輸入端口做備用。通過(guò)隨卡的軟件進(jìn)行有關(guān)設(shè)置，并將COM口與UPS一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，即完成調(diào)試。
UPS的監(jiān)控軟件是意大利康威斯UPS廠隨機(jī)提供的，叫做LOGIC（邏輯），它的功能與大部分UPS廠家提供的監(jiān)控軟件大同小異，可以同時(shí)監(jiān)控8臺(tái)UPS。雖尚未漢化，但使用起來(lái)還算方便；用此軟件也設(shè)置好COM口與UPS對(duì)應(yīng)編號(hào)及傳輸速率，然后點(diǎn)擊主畫(huà)面，被選擇的UPS的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)——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(shí)間、報(bào)警提示等即以模擬圖及表格數(shù)據(jù)形式實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)每8秒刷新一次（可選擇設(shè)定刷新時(shí)間）。軟件還有運(yùn)行記錄、故障記錄等內(nèi)容，點(diǎn)擊即可知相關(guān)信息。也可用關(guān)閉或啟動(dòng)命令控制整流器、逆變器及靜態(tài)開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)控多臺(tái)UPS來(lái)說(shuō)是很方便的。
整個(gè)UPS實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)符合用戶提出的性能要求。運(yùn)行一年多來(lái)一直穩(wěn)定可靠?？梢?jiàn)在15m左右范圍內(nèi)使用多用戶串口通訊卡連接計(jì)算機(jī)與多臺(tái)UPS實(shí)時(shí)監(jiān)控的方案是簡(jiǎn)單實(shí)用的。
2 RS232/RS485轉(zhuǎn)換器在UPS監(jiān)控中的應(yīng)用
RS232口的數(shù)據(jù)傳輸距離很短，而且串口之間的同名數(shù)據(jù)線不能互聯(lián)，加之計(jì)算機(jī)本身最多對(duì)外設(shè)兩個(gè)RS232口，因此，若不采用多用戶串口通訊卡，很難實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PC監(jiān)控兩臺(tái)以上的UPS。而利用RS485串行通信口實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PC對(duì)多臺(tái)UPS進(jìn)行更遠(yuǎn)距離監(jiān)控就便利多了。
2.1 RS485接口的特點(diǎn)
RS232接口使用的是單端接收，單端驅(qū)動(dòng)電路，接收端無(wú)法將*與數(shù)據(jù)信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此，傳輸速率低，抗*能力弱、傳輸距離短。而RS485接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了它是平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收的電氣接口。這種電路結(jié)構(gòu)可以消除信號(hào)地線，從而在長(zhǎng)距離的傳送中明顯地提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。在19.2kbps的速率下，RS485接口可以將數(shù)據(jù)傳至1200m的距離。
RS485接口的平衡驅(qū)動(dòng)器，相當(dāng)于兩個(gè)單端驅(qū)動(dòng)器，輸入是同一個(gè)信號(hào)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸出與另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)正好反相。當(dāng)*信號(hào)以共模信號(hào)竄入時(shí)，接收器則接收差分輸入電壓，因?yàn)榻邮掌骶哂锌构材ｋ妷旱囊种颇芰Γ运軌驅(qū)⒂行盘?hào)正確地分離和接收。
RS485接口采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線，為半雙工信號(hào)傳送模式，它可以很方便地實(shí)現(xiàn)多站互聯(lián)。每個(gè)站的RS485同名信號(hào)端互聯(lián)起來(lái)后，在選定的某一時(shí)刻只有其中一個(gè)站的使能端接收到發(fā)送信號(hào)后才可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而其他的站只能接收。如圖2所示。
RS485接口的互聯(lián)性能不僅可以大為簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸線的電氣構(gòu)成，而且每個(gè)站只有自己唯一的地址標(biāo)識(shí)，利用它，每個(gè)站或設(shè)備只接收包含其專(zhuān)有地址標(biāo)識(shí)的信息，從而使主站與分散子站間的數(shù)據(jù)通信得以有序、可靠地進(jìn)行。
2.2 RS232/RS485轉(zhuǎn)換器
為了解決只有RS232接口的設(shè)備與只有RS485接口的設(shè)備之間的通信，或是利用RS485口可遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)可以互聯(lián)的優(yōu)越性，以實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)間的長(zhǎng)距離通信，人們研制出了RS232/RS485串行接口轉(zhuǎn)換器。
這種轉(zhuǎn)換器小巧精致，可直接插在設(shè)備的RS232口或RS485口的DB9插座上，使用很方便。它的內(nèi)置流量控制芯片，具有零延時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。轉(zhuǎn)換器不必外接電源，而是由RS232數(shù)據(jù)線TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)）或者是握手信號(hào)供電支持自己的工作。轉(zhuǎn)換器也不需要使用RTS（請(qǐng)求發(fā)送）信號(hào)來(lái)控制RS485的驅(qū)動(dòng)器，只要RS232口的TXD線上有數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)RS485的發(fā)送驅(qū)動(dòng)器將自動(dòng)開(kāi)始工作。為防止從RS232站口發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)再被反饋到RS232端口，轉(zhuǎn)換器專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一個(gè)阻止反饋電路，使驅(qū)動(dòng)器僅在發(fā)送時(shí)才工作，接收器在發(fā)送時(shí)不工作。RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器的原理圖3如下。
RS232/RS485串行口轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)傳輸速率在19.2kbps情況下傳輸距離可達(dá)1.2km?？稍跍囟?℃～70℃，相對(duì)濕度90％的環(huán)境中可靠工作。
2.3 接口轉(zhuǎn)換器用于UPS的監(jiān)控
RS485接口用于UPS遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)控是很合適的。它既不需要在PC機(jī)總線上插專(zhuān)用卡，也不需要PC機(jī)與每臺(tái)UPS一一連接，而只要每臺(tái)設(shè)備的RS485口或RS232/RS485轉(zhuǎn)換口互聯(lián)起來(lái)再與PC機(jī)的RS485或RS232/RS485轉(zhuǎn)換口連接起來(lái)即可。例如：信息中心、結(jié)算中心、指揮中心等，一個(gè)建筑物內(nèi)有很多臺(tái)UPS，它們可能是幾種品牌又不同規(guī)格的，但只要安裝有RS485接口，UPS又有監(jiān)控軟件，利用RS485接口的互聯(lián)性能，將這些UPS連接起來(lái)，構(gòu)成以微型計(jì)算機(jī)為中心的多站互聯(lián)結(jié)構(gòu)，就可以在總監(jiān)控室用一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)距離監(jiān)控它們的實(shí)時(shí)工作狀況，如圖4所示。
如果微型計(jì)算機(jī)沒(méi)有設(shè)置RS485接口，則可以使用RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS485通信格式再與UPS的RS485接口互聯(lián)。當(dāng)然對(duì)于只設(shè)有RS232接口而沒(méi)有RS485接口的UPS，也同樣可以使用RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器以后再與別的UPS的RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器互聯(lián)，從而構(gòu)成一臺(tái)PC對(duì)多臺(tái)UPS監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)。硬件連接完成以 后，RS232/RS485串口轉(zhuǎn)換器不必做什么設(shè)置，只需將UPS的監(jiān)控軟件裝入微型計(jì)算機(jī)，根據(jù)軟件的提示一一對(duì)應(yīng)地設(shè)置好每臺(tái)UPS的編號(hào)或名稱(chēng)及COM口即可。設(shè)置好握手關(guān)系后即進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)；需要監(jiān)控哪臺(tái)UPS的工作，只要調(diào)用其監(jiān)控軟件并按預(yù)先設(shè)置好的名稱(chēng)或編號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的選擇，UPS的實(shí)時(shí)工作參數(shù)就會(huì)顯示出來(lái)。
這種以RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器互聯(lián)方式構(gòu)成的一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)監(jiān)控多臺(tái)UPS的方式，對(duì)同一品牌的UPS遠(yuǎn)距離集群監(jiān)控十分方便。對(duì)非同一品牌的UPS則需要調(diào)用自己的監(jiān)控軟件，雖操作較多，但比用每種品牌的UPS的通信協(xié)議重新開(kāi)發(fā)一個(gè)綜合的監(jiān)控軟件要經(jīng)濟(jì)得多。
2.4 工程實(shí)例
一個(gè)大型的500kV高壓開(kāi)關(guān)站，用三臺(tái)30kVA的意大利康威斯UPS供給總控制室及各控制站房主要設(shè)備電力，并要求用總監(jiān)控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控這三臺(tái)UPS的實(shí)時(shí)工作狀況?？紤]到這三臺(tái)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(diǎn)距總監(jiān)控室很遠(yuǎn)，且電站內(nèi)強(qiáng)電力設(shè)備多，電磁*大等因素，決定采用RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器進(jìn)行互聯(lián)、遠(yuǎn)傳。方案如圖5所示。
三臺(tái)UPS的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)通過(guò)RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器，將RS232接口的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成平衡半雙工RS485接口信號(hào)。然后將它們的接收端和發(fā)送端分別連接起來(lái)，再通過(guò)一個(gè)RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)處理機(jī)的RS232接口相連。數(shù)據(jù)處理機(jī)是電站內(nèi)多種設(shè)備的數(shù)據(jù)綜合處理設(shè)備，它可以根據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的指令按一定的程序傳送三臺(tái)UPS的實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件是專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的電站設(shè)備綜合監(jiān)控軟件。平時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控畫(huà)面是以綠色圖標(biāo)的形式表示各種設(shè)備工作正常。當(dāng)某臺(tái)UPS的圖標(biāo)變成紅色或是需要仔細(xì)地查看三臺(tái)UPS的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況時(shí)，只要點(diǎn)擊指令就可以在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上展開(kāi)三臺(tái)UPS的詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)。
以RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器為主構(gòu)成的這套UPS監(jiān)控系統(tǒng)，既做到設(shè)備數(shù)據(jù)輸出口的互聯(lián)，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)備，也達(dá)到了抗電磁*遠(yuǎn)距離可靠傳送數(shù)據(jù)的要求。
2.5 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)
現(xiàn)代電子及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，為UPS的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了許多可行的方法與設(shè)備。在什么情況下選用哪種方案最理想，是要從技術(shù)和成本兩方面考慮的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在電氣環(huán)境相對(duì)較好的15m左右范圍內(nèi)，構(gòu)成以多用戶卡為主的一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)監(jiān)控多臺(tái)UPS的方式是適宜的。而對(duì)更遠(yuǎn)距離的監(jiān)控或存在強(qiáng)電磁*的場(chǎng)合，則選用RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器的方案更為可行。
用于對(duì)多臺(tái)UPS進(jìn)行監(jiān)控的計(jì)算機(jī)可以很方便地構(gòu)成局域網(wǎng)或連接互聯(lián)網(wǎng)，這樣就更擴(kuò)展了對(duì)UPS集群監(jiān)控的距離和范圍，實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控、對(duì)管理人員電話提示、對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電的管理等，在現(xiàn)代UPS監(jiān)控軟件的支持下都變得很容易。
現(xiàn)在很多廠家都研制、生產(chǎn)RS232/RS485接口轉(zhuǎn)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(méi)有太大的差別，使用者最好先研究一下它們的技術(shù)說(shuō)明書(shū)，然后可根據(jù)UPS所配置的軟、硬件情況及對(duì)多臺(tái)UPS監(jiān)控的要求進(jìn)行選擇。
接口與UPS設(shè)備之間的傳輸信號(hào)線要采用標(biāo)準(zhǔn)線，它們不要與電力線平行布置，最好放入金屬線槽內(nèi)，防止電磁*。多用戶卡與各臺(tái)UPS之間信號(hào)線的插接頭要確保接觸良好，RS232/RS485轉(zhuǎn)換器要牢靠地連接在UPS的RS232接口上，可做一個(gè)支架增強(qiáng)連接的緊密性。
現(xiàn)代UPS，特別是中、大型UPS的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的性能都比較先進(jìn)，為多臺(tái)UPS的集群測(cè)控提供了良好的技術(shù)支持。因?yàn)橐O(jiān)控的UPS較多，所以要特別注意做好軟、硬件之間的調(diào)試；UPS方面要順序地設(shè)置好每臺(tái)的編號(hào)或名稱(chēng)，以及通訊方式等。微型計(jì)算機(jī)方面則要按軟件的要求，一一對(duì)應(yīng)設(shè)置好COM口和波特率等。這項(xiàng)工作要認(rèn)真，仔細(xì)地進(jìn)行，它是系統(tǒng)調(diào)試的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于要求將UPS的集群監(jiān)控納入與環(huán)境溫度、濕度等并列的集中監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，則要提供UPS的開(kāi)放式通信協(xié)議，以便與其它設(shè)備的監(jiān)控軟件組成一個(gè)完整的系統(tǒng)監(jiān)控軟件。
以一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)監(jiān)控多臺(tái)UPS的方式雖然有幾種，但通過(guò)技術(shù)實(shí)踐證明，采用多用戶卡和接口轉(zhuǎn)換器構(gòu)成UPS集群監(jiān)控系統(tǒng)的方式也是很好的。
by 張振毅
