UPS在线监测及维护管理系统设计

张 涛 缑文博 王 骥 洪 宝

UPS在线监测及维护管理系统设计

张 涛 缑文博 王 骥 洪 宝

摘 要：UPS广泛应用于铁路信号系统中，但有些信号机械室设置在高海拔或交通不便的偏远地区，缺乏科学地检测、管理工具，UPS维护管理人员很难对现场运用的UPS进行定期维护与测试。为此，开发UPS在线监测及维护管理系统，并以信号联锁设备UPS供电为例，对信号机械室配电系统进行改进。

关键词：在线监测及维护;不间断电源;信号系统;管理

张 涛：甘肃三联自控成套设备有限责任公司 助理工程师730030 兰州

缑文博：兰州交通大学自动化与电气工程学院 硕士研究生730070 兰州

王 骥：甘肃三联自控成套设备有限责任公司 助理工程师730030 兰州

洪 宝：甘肃三联自控成套设备有限责任公司 助理工程师730030 兰州

铁路信号系统不仅要求供电电压稳定、频率稳定、波型无杂波，而且需要不间断供电，为此铁路信号系统使用的所有电子设备都配备了不间断电源(UPS)。但这些UPS需要进行定期维护和在线监测，然而分布在偏远山区或高海拔地区的无人值守站，交通极为不便，遇到雨雪等恶劣天气，维修维护人员很难及时到达现场。为此，开发UPS在线监测及维护管理系统，对原有信号机械室配电系统进行改进。

1 信号机械室UPS配电系统存在的问题

1．对于新采购或返修后的UPS，由于没有专业化的测试设备，相当多的UPS没有进行应用前的测试与验收，而直接将UPS投入现场使用，UPS的可靠性无法得到保证。

2．由于没有良好的检测手段及科学的管理方法，使用者对于UPS的运行情况，特别是蓄电池组性能状况，如内阻、剩余容量、端电压，无法及时地了解和判断。而这些数据的整理、存储、分析需要较强的专业软件和专用的检测仪器。

3．使用者受到UPS厂家的宣传误导，以为UPS配备的免维护蓄电池不需要维护，实际使用中缺少对UPS的科学管理和维护，UPS蓄电池组在劣化早期不能够及时发现，使劣化积累、加剧，导致蓄电池组过早报废。

4．双路UPS并联冗余的供电配线方式存在问题。以信号联锁UPS供电为例，各车站联锁中的计算机设备均采用双路UPS并联冗余的供电方案，UPS供电线路如图1所示。

在正常工作状态下，接头XP1、XP2处于常通状态，2台UPS同时工作。市电正常时，通过UPS内部电路整流滤波给蓄电池充电，同时也给逆变器供电，由逆变器输出稳压稳频的交流电接入冗余转换器输入端，由冗余转换器自动选择一路输出供给计算机等负载;市电断开时，逆变器将蓄电池存储的电能转换为交流电，通过冗余转换器自动选择一路供给负载，实现电源的不间断供给。

图1 信号联锁UPS供电线路图

当2台UPS同时故障或冗余转换器故障无输出时，K1、K2导通，L1点亮，输入端交流电未经过稳压整流直供至输出端，无法保证交流电源的质量，信号系统已处于故障状态，此时如若市电断开，信号设备将停止工作。

该状态下如需对UPS进行维护或检修，首先申请“停点”，对信号设备停电或手动切换至直供状态，通过重新配线将UPS电源从信号系统中分离出来;然后进行维护或检修，完成后再接入原信号系统中。由于各车站信号设备配备的UPS电源均为2～5台，所以采用此种维护方式不仅增加维护人员的工作强度，而且影响运输效率和运输安全。

2 UPS在线监测及维护管理系统

UPS在线监测及维护管理系统，主要由在线式UPS电源、智能UPS在线监测维护仪、上位管理机、数据库服务器、监控终端、检修测试台等组成，整体系统原理图如图2所示。

2.1 硬件设计、供电线路改造及上位管理机连接

根据原有机房设备的UPS供电线路 (如图1所示)，将智能UPS在线监测维护仪加装至UPS和冗余转换器之间，实现对UPS的在线检测和维护。UPS配电系统改进原理图如图3所示。

智能UPS在线监测维护仪采用51系列单片机，控制UPS输入、输出电源与市电、假负载的高速切换，并在LCD显示屏上实时显示;选用CS5460实现了功率、电流、电压检测和电能计量等功能;另外，通过RS-232串口实现与上位管理机通信，完成数据的上传与下载以及历史数据的查询等功能。

在正常工作状态下，高速切换电路J1导通，J2断开，J3上接点导通。市电正常时，输入的交流电经过UPS内部电路整流滤波，然后给蓄电池充电。同时也给逆变器供电，由逆变器输出稳压稳频的交流电供给计算机等负载;市电断开时，逆变器将蓄电池存储的电能转换为交流电供给负载，从而实现电源的不间断供给。

图2 UPS在线监测及维护管理系统原理图

图3 UPS配电系统改进原理图

图4 UPS远程管理软件数据流程图

在对UPS进行维护状态下，高速切换电路J4断开，J5导通，J6下接点导通。此时，UPS逆变器将蓄电池存储的电能转换为交流电供给放电假负载;同时，市电高速切换 (3～5 ms)至计算机等用电设备，保证在对UPS进行维护时，计算机正常工作。

当智能UPS在线监测维护仪出现故障或误关机时，该设备能保证高速切换电路J1导通，J2断开，J3上接点导通，按照“故障导向安全”的设计理念，保证计算机等用电设备正常工作。

2.2 UPS远程综合管理功能设计

铁路个别无人值守车站地处高海拔、偏远地区，交通不便，而信号设备管理人员需要实时监测到某站UPS工作状态，还需要远程控制UPS对其进行定期维护，并对维护数据进行分析，以掌握UPS的性能状况。同时，能够查询各站UPS历史维护记录、UPS型号、服役时间、返修时间以及UPS故障报警信息等。UPS远程管理软件数据流程图如图4所示。

通过智能UPS在线检测维护仪实时采集的各站点的UPS数据 (包括蓄电池组运行参数、性能参数)，经RS-232接口与上位管理机连接，由管理软件将采集的数据进行分析处理，形成报文通过专用网络上传至服务器数据管理系统。

UPS检修测试台，主要检测返修UPS的各项参数，判断新UPS及维修后UPS是否合格;配备专门的测试设备，可精确地检测UPS电池的内阻、容量，确保UPS检修质量。同时可进行测试数据的存储与传输。

数据服务器，对数据进行综合分析处理，绘出各站点UPS的运行参数、性能参数曲线，对故障UPS及时报警，同时将报警事件的类别、起始、结束时间实时存储，以备管理人员从终端设备进行查询。此外，数据服务器还具有车间UPS及维护备件库存管理、各站设备统计、维修数据查询、报表打印、备件器材的参数说明和性能指标、UPS寿命报警等功能。

终端查询系统在电务局域网的平台上，管理和查询服务器管理系统的各项数据，使车站、电子设备车间、信号工区等横向连接，从而构建UPS远程管理系统。

3 结论

综上所述，通过建立UPS在线监测及维护管理系统，实现UPS寿命周期全过程“身份”管理，不仅可以让UPS检测更加安全可靠，而且全自动专业化测试让UPS检修人员的工作量降低为零，UPS测试结果更加精准。同时，定期远程对铁路沿线信号机械室UPS进行维护，不仅保证了在任何状态下UPS供电的稳定与安全，帮助检修人员提前找到UPS故障隐患，节省了设备维保的交通成本和人力资源占用，也实现了“故障修”向“预防修”改进的检修新模式。

目前，该系统已在兰州北站信号机械室安装运用，自动完成对机械室内UPS的维护工作。用户使用回馈信息表明，该系统不仅可以有效的减少现场UPS维护工作量，而且提高了UPS电源的运用可靠性及使用寿命，使电务系统中UPS的智能检测维护难题得到很好地解决。

［1］张乃国．UPS供电系统应用手册［M］．北京：电子工业出版社，2004，2.

［2］林瑜筠．铁路信号电源［M］．北京：中国铁道出版社，2008，1.

［3］中华人民共和国铁道部．铁运［2006］127号.铁路信号维护规则技术标准I［S］．2006.

Abstract:UPSs are widely used in railway signaling system．However，it is difficult for UPS maintenance managers to conduct regular maintenance and testing of the UPSs on the site due to the lack of scientific detection and management tools at some signal equipment rooms at high altitude regions or inaccessible remote areas.To this end，we developed a UPS on-line monitoring and maintenance management system and improved the electricity distribution system of signaling room in the case of signal interlocking UPS．

Key words:Online monitoring and maintenance;UPS;Signaling system;Management

甘肃省科技型中小企业技术创新基金项目(11C26226206212)

2013-04-15

(责任编辑：诸 红)