Мониторинг систем бесперебойного электроснабжения

Системы мониторинга обеспечивают контроль и сигнализацию параметров ИБП и позволяют осуществлять удаленное управление.

Мониторинг систем бесперебойного электроснабжения (СБЭ) имеет множество аспектов и решает различные задачи в зависимости от мощности (размеров) системы и ее функционального назначения. Мы опишем наиболее характерные черты систем мониторинга в случае централизованной СБЭ и/или основного (первого) уровня двухуровневой СБЭ на базе источников бесперебойного питания (ИБП) средней и большой мощности. Такой важный аспект мониторинга, как взаимодействие ИБП с файловыми серверами и другими техническими средствами инфокоммуникаций, рассматривался в статье Франка Альхивера «Отключение и мониторинг» (см. сентябрьский номер «Журнала сетевых решений/LAN» за 2003 г.).

Системы бесперебойного электроснабжения, иначе — ИБП, имеют стандартные, предоставляемые производителем средства для проведения мониторинга в необходимом объеме. Системы мониторинга обеспечивают контроль и сигнализацию параметров ИБП и позволяют осуществлять удаленное управление. Они решают следующие задачи:

• контроль параметров ИБП;
• управление ИБП;
• контроль параметров среды в электромашинных помещениях (измерение температуры и влажности воздуха);
• управление ранжировщиками нагрузки (опциональное оборудование ИБП) с целью отключения менее приоритетных электроприемников при переходе в автономный режим или в соответствии с заданиями администратора;
• остановка серверов и их запуск по событиям отключения и восстановления питания, а также по заранее установленному графику (см. уже упоминавшуюся статью Ф. Альхивера).

Эти функции осуществляются по выделенным и коммутируемым каналам с применением средств локальной компьютерной сети и глобальных телекоммуникационных сетей, включая мобильный доступ через Internet.

БАЗОВЫЕ СРЕДСТВА МОНИТОРИНГА

Режим работы ИБП и его состояние (нормальная работа, работа на «байпасе», работа от батарей, батарея разряжена) определяют набор логических параметров вида «Да/Нет». Простейшими средствами контроля параметров являются встроенные в ИБП панели светодиодных индикаторов и внешние сигнализаторы, размещаемые отдельно. Обычно расстояние от ИБП до внешних сигнализаторов не превышает нескольких десятков метров. (В технических спецификациях не приводится ограничений на длину кабелей для подключения сигнализатора к ИБП.) Панели индикаторов совмещены с кнопками управления. Последние не всегда присутствуют на внешних сигнализаторах, вместо них нередко предлагаются только кнопки теста самого сигнализатора и сброса аварийных сигналов. На Рисунке 1 приводится пример состава и внешнего вида панели такого сигнализатора.

Рисунок 1. Панель внешнего сигнализатора.

Все типы ИБП имеют релейный интерфейс, контакты которого могут быть использованы для управления дистанционными сигнализаторами. В релейном интерфейсе реализованы так называемые «сухие» контакты, т. е. контакты без потенциального или токового сигнала, имеющие два состояния: «замкнуто» и «разомкнуто». Как правило, в ИБП малой мощности релейный интерфейс является обязательным и входит в базовую комплектацию. Впрочем, в устройствах, предназначенных для питания рабочих станций (до 500 ВА), он иногда отсутствует. В ИБП малой мощности релейный интерфейс, как правило, обеспечивает связь с компьютером (сервером) и работу специального программного обеспечения для мониторинга ИБП. В ИБП средней и большой мощности релейный интерфейс либо включается в базовую комплектацию, либо выступает в качестве опционального устройства. В случае опционального исполнения интерфейс представляет собой небольшую плату и встраивается в ИБП через специальный разъем (слот) расширения.

Мониторинг через дистанционные сигнализаторы, подключенные к релейному интерфейсу, позволяет судить о статусе ИБП по состоянию светодиодов и обеспечивает звуковую сигнализацию при инцидентах. Такой мониторинг обладает малой информативностью, но высокой надежностью. Этот уровень мониторинга является базовым и предназначен для оперативного дежурного персонала СБЭ.

Информационные сигналы могут выводиться на интерфейсный разъем в различных комбинациях, их состав зависит от модели ИБП. Они указывают на следующие состояния:

• нормальная работа ИБП;
• работа ИБП от батареи;
• батарея разряжена (сигнал подается за 1-5 мин до исчерпания емкости АБ);
• батарею необходимо заменить (батарея потеряла емкость или напряжение АБ ниже установленного предела);
• связь с ИБП потеряна;
• ИБП перегружен;
• ИБП на байпасе;
• тест не пройден.

Контроль состояния «сухих» контактов возможен при помощи компьютера с платой дискретного ввода и соответствующим программным обеспечением. При необходимости компьютер (станция) мониторинга передает информацию о состоянии ИБП клиентским приложениям на станциях локальной сети, для которых он является сервером. Программное обеспечение методом опроса определяет состояние «сухих» контактов ИБП, подключенных к плате дискретного ввода, отображает состояние ИБП на мониторе и передает полученную информацию клиентским приложениям.

На практике такое решение по мониторингу ИБП используется редко. Информацию о состоянии контактов реле подключенная к локальной сети станция мониторинга может получить от опциональных сетевых адаптеров с поддержкой SNMP. Этот уровень мониторинга предназначен для администраторов локальной сети, дежурный же персонал СБЭ использует его как вспомогательный. Для своевременного сохранения информации ПО системы мониторинга сообщает пользователям о переходе ИБП на батареи и исчерпании их ресурса.

С целью оповещения пользователей СБЭ о переходе ИБП на работу от батарей могут применяться дополнительные сигнализаторы, также подключаемые к релейному интерфейсу, в частности транспаранты со световой и звуковой сигнализацией и сигнальные лампы.

Более детальная информация о режиме работы ИБП предполагает определение цифровых значений параметров режима — токов, напряжений, мощностей, емкости батареи, а также сообщений о рассогласованиях и неисправностях в работе, состоянии коммутационных аппаратов и байпасных переключателей и т. д. Для СБЭ средней и большой мощности в масштабах здания, этажа или офиса, как правило, применяется мониторинг с предоставлением подробных данных.

Информация о параметрах режима поступает на последовательный порт ИБП и по протоколу RS-232 передается на различные устройства:

• выделенную станцию мониторинга ИБП;
• сервер;
• адаптер SNMP и далее в локальную сеть на серверы и станцию мониторинга;
• модем и далее по выделенной или коммутируемой линии на станцию мониторинга;
• выносной (дублирующий) пульт управления ИБП;
• контроллер или сервер системы диспетчерского управления электроснабжением.

Большое количество устройств, подключаемых к ИБП, требует наличия нескольких последовательных портов в одном ИБП. Для этого применяются специальные расширители интерфейса (Interface Expander). Такие опциональные устройства ИБП могут быть внешними или встраиваемыми.

Как было сказано, к последовательному порту ИБП подключается выносной пульт управления или пульт дистанционного управления (ПДУ). Как и встроенный в ИБП основной пульт, ПДУ имеет такие же органы индикации и управления. В зависимости от исполнения пульты оснащаются алфавитно-цифровым или совмещенным с мнемосхемой дисплеем (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. Пульты дистанционного управления: а) с алфавитно-цифровым дисплеем; б) с мнемосхемой и алфавитно-цифровым дисплеем.

На ПДУ может быть выведена кнопка экстренного отключения (load off), закрываемая предохранительной шторкой. Если кнопки нет, ее необходимо предусмотреть как отдельное устройство в соответствии с требованиями пожаро- и электробезопасности. Конструкция ИБП позволяет подключать такую кнопку к специальным клеммам в месте размещения коммуникационных портов.

Если ИБП нужно расположить на большем удалении, выносные пульты подключают через конвертеры протоколов RS-232/422, RS-232/485. Данный вид мониторинга и управления ИБП применяется в пределах объекта.

При работе ИБП высвечиваются соответствующие индикаторы компонентов ИБП, в цепях которых есть нагрузка или которые находятся под напряжением. Состояние ИБП выводится одновременно на мнемосхему и релейный интерфейс. При наступлении определенного события в цепях питания и изменении состояния компонентов ИБП происходит включение или отключение соответствующих светодиодов. Аварийные события (например, отключение питания и переход на аккумуляторную батарею, АБ) сопровождаются подачей звукового сигнала тревоги. Все изменения дублируются на панелях внешних сигнализаторов.

Более детальная информация о режиме ИБП доступна через систему экранных меню на алфавитно-цифровом дисплее пульта. Манипулируя функциональными клавишами, можно получить исчерпывающие сведения о текущем режиме и истории работы ИБП. При необходимости можно выбрать язык, на котором будет выводиться информация. Вход в сервисное меню для настроек и регулировок ИБП осуществляется с помощью кодов доступа. Аналогичные функции доступны через последовательный порт ИБП со станции мониторинга.

УДАЛЕННЫЙ МОНИТОРИНГ

Для оперативного персонала СБЭ и ответственных лиц из числа сетевых администраторов предусмотрена возможность оповещения о состоянии ИБП средствами пейджинговой или мобильной связи (сообщения SMS).

Обычно такой вид мониторинга ИБП применяется в следующих случаях:

• как резервная линия контроля ответственных систем;
• для мониторинга удаленного необслуживаемого офиса (без оперативного персонала СБЭ и системных администраторов);
• при наличии неинтеллектуальной нагрузки, не имеющей информационной связи с ИБП;
• для экстренного оповещения отдельных пользователей.

Согласование релейного интерфейса ИБП и модема осуществляется при помощи устройства дистанционного управления ИБП (Remote UPS Management Device), которое может встраиваться в ИБП или устанавливаться в специальный блок слотов расширения (Expansion Chassis). Устройство дистанционного управления ИБП позволяет выполнять несколько функций:

• управление ИБП через модем;
• рассылку сообщений на пейджер;
• совместное использование одной телефонной линии;
• ведение журнала событий.

С помощью этих функций мониторинг ИБП можно организовать через модем с удаленной станции, причем занимать линию все время не обязательно, так как журнал событий ведется автономно, а в экстренном случае вызов направляется на пейджер или мобильный телефон.

При использовании одновременно нескольких устройств контроля состояния ИБП может потребоваться расширитель релейного интерфейса (splitter box).

Для удаленного доступа к последовательному порту ИБП помимо выносного пульта применяются модемы для подключения по выделенной или коммутируемой линии к станции управления. Для входа в локальную сеть устанавливают сетевые интерфейсы — адаптеры SNMP. Интеграция ИБП в локальную сеть дает возможность контроля параметров и состояния ИБП с подключенных к Internet удаленных станций локальной сети, а также средствами мобильного доступа в Internet (WAP).

Для облегчения процедуры интеграции ИБП выпускаются специальные устройства — карты Web/SNMP. Они позволяют оперативному персоналу СБЭ и специалистам служб информационных систем получать данные о работе ИБП, в частности, с помощью мобильного телефона, благодаря чему обеспечивается гибкость в управлении ИБП, так необходимая для поддержания высокой эксплуатационной надежности.

Функции уведомления карт Web/SNMP могут отправлять сообщения о связанных с ИБП событиях по электронной почте или на пейджер. Пользователи самостоятельно определяют набор событий, о которых они хотят получать извещения.

Пользователь также имеет возможность обратиться непосредственно по адресу карты Web/SNMP и получить текущую информацию о статусе ИБП, статусе и параметрах среды окружения в месте установки ИБП и сведения о самой карте (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Фрагмент экрана страницы Web карты Web/SNMP.

СТРУКТУРА СРЕДСТВ МОНИТОРИНГА

Технические средства мониторинга ИБП достаточно разнообразны и способны обеспечивать ответственный персонал информацией о состоянии ИБП и опциональных устройств. В качестве практического совета можно рекомендовать применение не менее двух независимых видов мониторинга, например с использованием внешних сигнализаторов и средств локальной сети и адаптеров SNMP. Основной принцип при выборе состава средств мониторинга — их независимость. Сбой в локальной сети не должен приводить к потере контроля над ИБП, а, например, внешние сигнализаторы при таком инциденте остаются полностью работоспособными. ИБП средней и большой мощности предпочтительнее комплектовать двумя интерфейсами: релейным и RS-232.

Количество независимых каналов мониторинга может равняться двум, трем и более, в зависимости от организации службы эксплуатации, степени ответственности системы и отдельных ИБП и особых местных условий. Взаимосвязь и структура комплекса технических средств мониторинга ИБП приводятся на Рисунке 4, где показаны основные конфигурации технических средств мониторинга. Помимо собственно средств мониторинга здесь же изображены инфокоммуникационные системы, получающие информацию о статусе ИБП. Главное, что следует отметить: состояние ИБП должно учитываться при работе инфокоммуникационного оборудования с целью предотвращения искажений и потери информации в случаях нарушения питания. Основные ситуации, для информирования о которых, собственно говоря, и создаются системы мониторинга — переход ИБП в автономный режим и исчерпание емкости АБ по истечении времени автономной работы.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Функционирование средств мониторинга ИБП, за исключением пультов и сигнализаторов, возможно под управлением специализированного программного обеспечения.

Программное обеспечение для управления и мониторинга ИБП разрабатывается для работы с серверами и рабочими станциями — для ИБП малой и средней мощности и для более мощных ИБП в составе выделенной сети СБЭ. В каждом случае ПО имеет свои особенности.

Предназначенное для работы с серверами программное обеспечение ориентировано на сохранение информации и корректную остановку сервера в случае отказа электроснабжения и исчерпания емкости АБ (см. статью Ф. Альхивера).

Программное обеспечение мониторинга для ИБП средней и большой мощности поставляется как производителями оборудования, так и системными интеграторами при создании СБЭ в рамках комплексных проектов информационных и инженерных систем здания. При разработке ПО под «заказ» необходимо знание протокола информационного обмена производителя оборудования, а программное обеспечение представляет собой модуль в системе диспетчеризации электроснабжения.

Мониторинг крупных ИБП отличается детальным отображением параметров режима. Вид представления параметров также иной. Для малых ИБП обычно используются столбчатые диаграммы и индикаторы наподобие приборной панели. Для мощных — данные выводятся прямо на мнемосхему (см. Рисунок 5). Применение мнемосхемы позволяет оперативно оценивать состояние устройства и его режим, поскольку наряду с параметрами выводится индикация нормального состояния (зеленые и красные индикаторы в основных цепях) и положение защитно-коммутационных аппаратов. На рисунке изображено состояние ИБП в нормальном режиме: выключатель на входе выпрямителя замкнут, в обходной цепи (Q2) — разомкнут, статический ключ выключен, выпрямитель и инвертор функционируют.

Рисунок 5. Экран системы мониторинга ИБП большой мощности.

Файлы данных и событий для ИБП большой мощности формируются и накапливаются в энергонезависимой памяти самого источника бесперебойного питания, а ПО обеспечивает их считывание и отображение. Эти файлы называются журналом и доступны для просмотра со встроенного или выносного пульта ИБП. Как правило, сообщения в электронном журнале сопровождаются кодами событий, поскольку описание события может быть пространным и не умещаться на встроенном алфавитно-цифровом дисплее. Отображение электронного журнала событий в ПО мониторинга производится в удобной форме, без приведения цифровых кодов событий. При необходимости выполняется архивирование файлов.

В ПО мониторинга ИБП любой мощности предусмотрено удаленное управление. Сама по себе эта функция может показаться полезной, но следует принять меры для исключения несанкционированного управления. В инструкциях по технике безопасности и эксплуатации должно быть четко определено, кто и в каких случаях имеет право инициировать остановку работы ИБП. Дистанционное управление источниками бесперебойного питания программными средствами производится только уполномоченными лицами (системными администраторами и дежурным оперативным персоналом СБЭ) и разрешается в исключительных случаях (пожар и ситуации, создающие угрозу жизни людей и сохранности оборудования и имущества).

Технически защита от несанкционированного управления может быть реализована по-разному. В ПО ИБП малой мощности это достигается авторизацией: вводом пароля и запросом на подтверждение действия — отключение ИБП. Возможно, что в соответствии с принятой политикой безопасности удаленное управление ИБП окажется запрещено. Тогда защита организуется на аппаратном уровне — в интерфейсном кабеле следует отключить линии, по которым осуществляются функции управления, либо соответствующие перемычки и переключатели ИБП установить в положение, исключающее возможность внешнего управления. При использовании SNMP или другого сетевого протокола программный агент следует конфигурировать так, чтобы функции управления были запрещены. В стандартных агентах SNMP имеется раздел конфигурирования прав доступа SNMP Access Control. Параметр режима доступа (read/write или read only) должен быть установлен в состояние read only. Любая из этих мер гарантирует защиту от несанкционированного управления ИБП по локальной сети. Если требуется сохранить возможность управления ИБП по локальной сети, то можно ограничиться меньшим уровнем безопасности описанной аппаратной защиты. В этом случае защита от несанкционированного доступа обеспечивается заданием пароля («именем сообщества» для SNMP). Для мощных ИБП дистанционное управление по сетевым протоколам не рекомендуется из соображений информационной безопасности (о связанных с SNMP угрозах безопасности см. статью Э. Райнке и др. «Угроза безопасности при управлении сетью» в декабрьском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2003 г.).

МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Для нормального функционирования оборудования СБЭ — источников бесперебойного питания, а также защищаемого инфокоммуникационного оборудования — необходимо контролировать параметры окружающей среды: температуру, влажность, работу кондиционеров и вентиляции. Контроль осуществляют дополнительные устройства, оснащенные измерителями температуры и влажности (воздушный порт) и, кроме того, входами релейных сигналов («сухие» контакты). Наличие «сухих» контактов дает возможность подключения любых пороговых измерительных устройств — пожарных и охранных датчиков, реле напряжения, декадных счетчиков импульсов системы учета электроэнергии и релейных интерфейсов других ИБП (см. Рисунок 6).

Рисунок 6. Контроль окружающей среды ИБП.

Устройства контроля параметров окружающей среды располагаются отдельно или встраиваются в ИБП. В последнем случае воздушный порт выполняется выносным и подключается посредством кабеля. Внешние датчики и устройства размещаются в необходимых местах и могут быть закреплены на телекоммуникационных шкафах, в серверных стойках и кроссах.

Параметры окружающей среды обрабатываются тем же ПО, которое используется для измерения параметров ИБП. Настройка ПО может быть выполнена таким образом, что при критических изменениях среды (повышение температуры, срабатывание охранного датчика и т. д.) подается тревожный сигнал (alarm) на станции мониторинга ИБП и по локальной сети рассылается ранее подготовленное сообщение. Для любого события можно запрограммировать остановку сервера и отключение ИБП. Все изменения фиксируются и заносятся в файлы событий и данных.

Переход ИБП на работу от батарей означает (при отсутствии дизель-генератора) вероятность потери электроснабжения по завершении автономной работы ИБП. Стандартное ПО для работы с серверами производит рассылку сообщений как в случаях перехода в автономный режим, так и при возникновении событий, зафиксированных датчиками устройств контроля окружающей среды (пожар, несанкционированное проникновение в технологические помещения и т. д.). При оповещении пользователей распределенной системы бесперебойного электроснабжения большой мощности (в масштабах крупного здания) возможностей стандартного ПО недостаточно и необходимо использовать средства объединенной автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ). Системы диспетчерского управления относятся к отдельному классу технических задач, более обширных, чем системы мониторинга СБЭ (см. Рисунок 7). Особенности их функционирования подробно рассматриваются в литературе, посвященной так называемым «интеллектуальным зданиям» и системам управления зданиями (Building Management System, BMS).

Рисунок 7. Мнемосхема центрального кондиционера в системе диспетчеризации NeuHous Group.