工控系统供电的UPS解决方案

1.控制系统UPS选用

企业生产线的自动化控制系统一般由二级工控机和现场工作站(PLC、DSC)构成，如何为上述设备提供一个良好可靠的电源环境，是保证自动化控制系统安全可靠运行的基础。为此要求所选用的UPS必须能向处于运行中的各种关键设备(工控机、PLC、DSC、智能仪表等)的硬件木身提供供电安全保护，这就意味着用户所选用的UPS应该是可配置上相应电源监控软件，SNMP(网络管理协议)适配器的智能化UPS。以使UPS成为自动化控制系统监控网络中的一个节点。

由于后备式和在线互动式UPS在应用上的局限性，考虑到自动化控制系统在企业生产中的重要性，不考虑后备式和在线互动式UPS。根据负载设备的摆放位置，选用大容量的UPS集中供电方案。其原因是:

1)大容量的UPS的平均无故障时间较长，一般大于200000h，故障率较低。

2)UPS的每单位千伏安的价格，随着UPS容量的增大而下降。

3)大容量UPS方便管理，维护较有保障。

4)有利于用户更经济合理地使用蓄电池。

根据用户的不同配送电系统选用不同的UPS机型，以适应用户配送电系统带载能力的要求。由于大部分工业企业的用电环境波动较大，选用允许市电电源波动范围大的UPS机型，可以更好地适应市电电网恶劣的供电环境。

选用UPS过载能力强和具有优良抗输出短路能力的机型，只要UPS执行市电交流旁路供电与逆变器供电之间的切换操作，就总是存在着出故障的概率。显然，UPS抗过载能力越强，客观上UPS作上述切换的机会就越少，随之而来的是UPS的故障率越低。要配置有适当的抗瞬态浪涌抑制器，以便更好地保护控制设备。

选用UPS输出中线对地线电位低的机型，可以获得尽可能高的数据传输速率，降低数据传输的误码率。根据用户集中监控系统不同级别的要求，组成具有不同网控功能的智能化UPS系统。为了维护管理上的方便及确实管理好UPS的运行，监控部分必须操作简便且为全中文显示。

由上所述，在这里针对轧钢系统的自动化控制系统设备选用了两台台达的H系列UPS。因为UPS虽然可靠性很高，一般单台UPS的平均无故障时间在l0万小时以上，但由于供电条件的变化，UPS本身电器装置的老化，个别元件过早失效等都会引起UPS故障。由于自动化控制系统属于整个生产线的中枢系统，为了保证其稳定及高可靠地工作，采用了双机热备份，即冗余技术，其技术应用如下:

1)可靠性比单机高，达到双重安全保障。

2)停电时，一部UPS故障，另一部仍可提供高质量的供电。

3)维护时，仍保持UPS的正常功能。

4)两台UPS寿命皆延长。

备机(UPS1)的输出端接至主机(UPS2)的旁路电源输入端，并将两台UPS的交流电源输入端接至同一市电电源，如图所示。正常工作时，由主机(UPS2)提供给负载电源。当主机内部出现故障，如门巳电压过低、过热、逆变器输出电压超出允许范围、逆变器失效等，或者主机由蓄电池供电时，蓄电池电量耗尽，此时UPS2会发出告警，UPS输出端静态开关会自动切换至旁路，由UPS1的逆变输出提供负载所需电源。

当异常状况消除后，静态开关会自动从旁路(UPS1)转入UPS2的逆变器输出端，此时由主机(UPS2)继续为负载提供电源。

在停电、一部UPS故障、系统维护等情况发生时，静态开关的切换有严密的电路控制，确保不会在切换时有任何断电情况发生。

热备份机的结构可确保负载设备不会在市电停电或因UPS故障而断电，以确保负载设备不会产生数据丢失、设备损坏、降级使用、系统崩溃等问题。[p]

2.安圣iTrust UPS的组网解决方案

企业工控系统采用分散供电方式使管理员难以实时了解远处的UPS运行状态，为此安圣电iTrust UPS提供了多种监控组网方案，主要有RS232和SNMP卡。
通过UPSITE监控软件，可以实现UPS在网络中的实时监控。在使用RS232接口时，可根据设备的具体情况采用不同组件，节省硬件资源。当网络设备或小型PC服务器仅需要在市电停电后，能够在无人值守的情况下自动保存数据并安全关机，可只安装UPSITE守候程序;若需要实时显示UPS的工作状态，了解电力状况，只需安装后台管理软件即可;而在已使用RS232与UPS连接的计算机、服务器系统中，通过安装监控代理，即可将UPS的工作信息(包括电网电源的状态)自动发送到网上，使网络上安装了守候程序和后台管理的设备能够及时获得电源信息。

此外，用户还可以在远离计算机、服务器的地方，使用UPS内置SNMP卡，直接接入网络，使UPS成为网络终端设备，用户可通过专用软件或Web测览器完成UPS监控。

对于运行网管平台的服务器，只需将UPS监控信息数据库MIB加入管理数据库，即可通过RS232进行UPS监控。
UPS是保障计算机、通信、网络等电子设备安全、稳定工作的重要设备，作为完整的电源保护方案，UPS智能监控已成为网络时代UPS的基本特征。UPS ITECENTER网络集中监控系统(以下简称UPSITECENTER)是专为安圣iTrustUPS开发出的一套应用软件，可广泛应用于电信、银行、证券、铁路、化工、广电、电力、企业、交易所等领域，尤其适用于大型网络分散节点的电源保护和动力监控，例如宽带城域网、智能化小区、银行自动柜员机营业网点、电力行业无人值守站。

(1)系统构成。UPS ITECENTER由SNMP网卡、安全关机服务程序和后台监控管理程序3部分组成。

l)SNMP网卡: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、HTTP、SNA促等网络协议，提供Web测览，NMS网络管理系统接人、UPS ITE-CENTERUPS代理等服务。

2)安全关机服务程序:通过Windows控制面板的设置程序，预先定义UPS故障时选择关闭计算机或执行外部文件。UPS故障告警时，自动保存用户文档，关闭计算机或执行用户指定的命令。

3)后台监控管理程序:对网络UPS设备进行集中监控和维护管理，提供UPS历史数据查询、UPS远程控制等功能。当UPS故障时，可采用多种形式通知用户，包括告警、发送传呼信息。发送E-mail、手机短信息等。

(2)系统功能。

l)分层管理。UPSITECENTER对UPS实行分层管理，它不限制接入UPS的数量，响应及时，占用网络资源少。分层管理模式满足用户对数量庞大的 UPS进行管理，不会在界面上出现大量的UPS，导致查询困难，各行政区的UPS运行状况一目了然。用户可以根据UPS数量的多少任意划分，方便管理。 UPSITECENTER的这种管理方法称为UPS树。

2)告警通知。UPS告警时，UPSITECENTER自动弹出告警对话框，发出告警声响、发送E-mail或发送传呼信号等，通知维护人员。

3)安全关机程序。UPS告警时，根据预先定义的处理方式(具有7种事件处理能力)，执行命令文件，自动保存用户文档，关闭计算机，最大程度地保护数据和设备的安全。

4)历史记录查询。提供4万条完备的历史记录，包括历史事件、历史控制和历史数据。

a)历史事件记录查询:通过历史事件记录可以查询一段时间内UPS的所有事件或某一种事件，甚至还可以根据事件的告警等级进行查询，对查询结果可以进行排序。

b)历史控制记录查询:通过历史控制记录可以查询一段时间内的所有控制记录或某一种控制记录。甚至还可以根据控制的告警等进行查询，对查询结果可以进行排序。

c)历史数据记表查询:通过历史数据记录可以查询一段时间内的所有历史数据记录或某一种信号的历史记录，并可以对查询范围进行限制，查询结果可以以曲线形式显示。

5)服务功能。UPSITECENTERUPS集中监控系统的安全关机程序以服务形式存在，计算机启动时自动加载并驻留内存。当UPS发生告警事件时，根据设置执行安全关机程序，自动保存用户文档。用户可以通过控制面板中的设置程序对参数进行设置。

6)网络测览。SNMP卡提供上网功能，用户可以通过IE、Netscape等测览器观察UPS的运行情况，并进行必要的控制。[p]

7)安全管理机制。SNMP卡具有严格的安全管理机制，具体体现在以下3个方面:

a)Web测览权限分为管理员、操作员和一般查看用户3个级别，一般查看用户只能进行UPS的数据捌览，操作员用户在此基础上还可以对UPS进行控制，而管理员还可以设置或修改SNMP卡运行参数。

b)无论Web用户、后台监控软件还是NMS用户，对UPS的控制都有详细记录，包括用户名称、时间和控制内容。

c)只有管理员才可以通过TTY、TELNET登录SNMP卡。

8)个性化显示。提供柱状图、数据列表图、曲线图、码表图、状态图和组态图等6种显示界面，根据需要选择响应的显示方式。

3.组网方案

UPSITECENTER采用主动上报告警策略，所有数据在SNMP卡上进行前置处理，数据保留在卡上。SNMP卡除了定时与中心保持联络外，只有告警时d与中心建立网络连接，网络资源占用极少。

方案一:本方案适用于企业或公司等以太局域网的UPS监控，UPS需要外加SNMP卡。

每块SNMP卡分配一个IP地址并接入计算机，通过超级终端设置IP地址，使UPS成为局域网网络设备。用户可以通过IE等Web测览工具访问SNMP卡所在的计算机IP地址，运行网络集中监控软件即可监控UPS。

由于一个局域网的UPS数量较少，维护工作偏重于计算机保护。对于需要维护的计算机应运行安全程序，在安全程序上设置UPSIP地址，与UPSSN-MP卡建立网络连接，同时设置安全关闭计算机的外部条件。

方案二:本方案主要适用于电信、化工、铁路、银行、特大型企业等需要对多个城市UPS进行集中监控和管理的广域网应用场合，这种组网方式要求具备基本的传输网和已组建的广域网。

UPS监控组网和计算机组网一样，广域网中的各局域网的计算机保护和监控方案一相同，每块SNMP卡在其所属的网段中分配一个IP地址，成为广域网中的一个节点。



由于广域网与每个局域网之间的通信带宽较窄，因此UPS监控不能影响正常的数据通信。UPS ITECENTER集中监控软件采用告警主动上报的处理策略。在没有告警信息时，间隔一段时间与中心监控计算机联络一次，平时不占用正常的通信带宽。

方案三:本方案主要针对光纤已经铺设到位的电力系统。

实施条件:主站和分站安装了SDH等接入网通信设备，有以太网接口设备，能进行网络通信。

增加设备:SNMP卡、光纤传输网络信号光收发器。

接入方法:将SNMP卡插入UPS，通过网线将SNMP卡与光收发器连接起来，光收发器通过光纤接大分站SDH以太网接口，使UPS成为网络设备。

根据网络分布情况，对每个SNMP卡分配IP地址，设置可以访问SNMP的计算机，即可在中心监控UPS。

方案四:宽带互联网络设备的运行需要引入大量的UPS设备。一个电信智能小区宽带互联网往往涉及成百上千个小区，每个小区的宽带网络设备配置一到两台UPS，这样就有上千台UPS需要投入人力、物力进行维护。

通过给每台UPS增加一块SNMP卡，在中心增加一台计算机，运行集中监控软件，利用现有网络即可组建一个UPS集中监控网络。通过集中监控网络，可以随时了解UPS的运行状况，及时准确地对UPS进行维护。

例如利用监控系统对UPS蓄电池充放电进行分析，及时发现蓄电池的异常情况，提早更新损坏的蓄电池，保证停电后蓄电池供电正常等。

UPSITECENTER网络UPS集中监控系统可广泛应用于电信、银行、证券、铁路、化工、广电、企业、交易所等领域，其中:方案一适用于局域网，方案二适用于广域网，方案三、四适用于城域网应用场合。

4.方案效果

该方案设计上留有了一定裕量，控制中心共配置两台台达H系列UPS，为将来增加系统设备提供充足的用电容量，而且使用了双机热备份电源系统，相对提升了 UPS设备的安全运行。同时由于安圣iTrustUPS具有多种组网方案，可实现远程UPS集中监控管理，达到远端无人值守的集中管理的功效，不但降低了操作者管理上的负担，更可以达到即时通报、智能处理的电源管理效果。