大型UPS 系统改造及智能远程监测报警系统设计与实现

潘志强

（浙江广播电视集团，浙江 杭州 310005）

0 引言

随着计算机技术和企业信息化的发展，数据运算、存储系统及配套设备的数量越来越多，计算机机房建设的数量及规模不断扩大。对早期建设的基础环境设施进行升级改造，为供配电源、不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS）系统、空调、安防等环境设施的运营状态、运行参数实现智能远程监测、报警系统，用现代化的手段实现科学管理，显得更为重要。

1 系统建设必要性

1.1 UPS 基本知识

UPS 是不间断电源保障系统，当外部市电停供时，能在瞬间取代原有的电力供应，保障负载系统正常使用而不受影响。UPS 的电力由电池组提供，由于电子元器件快捷的反应速度，UPS 能够在停电的4 ～8 ms 以内甚至不间断的情况下继续供应电力。其工作原理是：正常工作时，利用整流装置将市电提供的交流输入整流成直流电压，一路直流电压对蓄电池组充电，另一路提供给逆变器将直流电压转换成稳定的交流电压必须输出[1]，经过静态开关装置供负载系统正常使用；当输入市电中断，蓄电池组内储存的直流电力瞬间供给逆变器，逆变器转换成相应的交流电压供负载使用，直至外部市电恢复正常供应，蓄电池组才恢复原输出转换链路。

1.2 UPS 监测系统的必要性

数据机房的动力、环境等状态是机房设备正常运行的基本保障，是保证计算机系统机房安全可靠运行的基础前提，一旦出现故障（如电力系统不稳定，机房的温度、湿度过高，机房安全措施不完善等），很可能引发安全事故，导致重大或不必要的经济损失。

为了保证基础设施及计算机系统等设备的稳定、可靠运行，对机房内的电力、环境等设施进行自动化监测、预警和现代化的科学管理尤为必要。大型UPS 系统智能远程监测、报警系统实现，是机房管理人员全面、实时了解机房运行情况并及时进行有效控制和管理，管理机房不可或缺的重要助手。

2 系统建设目标及设计原则

2.1 建设目标

浙江广播电视集团的制作楼GE 400 kVA UPS系统为各演播厅、非编机房、网络核心机房以及融媒体技术中心中国蓝云分布式数据中心机房等业务系统提供用电保障。该UPS 系统于2012 年投入使用，目前仍采用人工值班的方式查验UPS 的运行状态。为确保UPS 系统正常运行，保障制作楼各专业系统用电安全，需对UPS 电池进行整体更换，同时加装电池远程网络监测系统进行实时监控。

2.2 系统实现要求和原则

本系统严格按照“少人值班或无人值守”和“可靠、合理、经济、完善”的要求进行设计。系统必须全时段内不间断实时监控、运行安全可靠，能促进运营管理水平不断提升。监控目标主要包括市电供配设备、UPS 系统及视频监控等。具体实现要求和原则如下。

第一，通用性。系统必须在符合国际工业监控标准的基础上秉持开放式设计理念。

第二，可靠性。新系统不能影响被监测控制设备的正常运行，且必须有很好的电气隔离性能及电磁兼容性。系统需符合国际电工标准，具有抗强干扰能力。监控系统必须采用工业级产品，可靠性极高，平均无故障时间长，并可以满足7×24×365 全时段工作要求。

第三，兼容性。操作系统应使用实时多任务管理的Windows XP 或Windows 2000 操作系统，监控系统采用符合国际网络协议标准的网络通信协议，并使用开放式数据库接口以满足各类型数据库应用。

第四，安全性。必须采用严格的密码管理体系，确保系统运营安全。软件系统必须能严格区分或设定维护人员和各级别用户对系统的操作权限和访问能力。

3 UPS 系统智能远程监测、报警系统实现

3.1 系统选型

经过多方调研和专家论证，机房一体化远程网络监测、报警系统选用专业的环境监控组态软件。通过对“Cowin 集中监控系统”案例的分析、论证，发现其可以很好地对大型UPS 系统进行智能远程监测和报警系统实现，方便地实施对UPS 系统、供配电源监测、温湿度实测、视频监控等设备运行数据或状态的存储、调用和输出等功能，各个子系统间的数据具有强大交互能力。该系统有多种报警方式，一旦监测到异常情况即自动执行预设的应对策略，同时发出相应报警功能，极大地提高大型UPS系统运行效率和可靠性的同时，减轻了机房环境维护人员的负担，实现了对机房环境科学管理水平的有效提升。系统具体有以下特点。第一，多案例证实系统稳定可靠，采集平台建设思路科学。系统采用模块化的设计理念，灵活可靠，各模块相互之间独立，互不影响。针对多次接入网络带来的安全隐患，系统采用统一的网络平台满足各监控子系统接入需求。第二，系统采用全开放的架构，兼容性强大。系统对外协议接口多样，可与其他平台实现无缝对接；采用平台化设计理念，可根据不同需求提供用户菜单式系统功能服务。第三，采用模块化组合方式，实现不同类型、规模监控系统定制化组网应用。因是自主研发平台，系统可以根据不同机房实现各种仿真或监控系统的组态要求，满足用户个性化组网方案。第四，支持在线专家诊断维护，实现随需扩容。系统可以根据先期需求先建设使用，并能快捷提供用户再次开发升级支持，后续机房或监控子系统实现随需扩容、无缝接入[2]。

3.2 系统架构

系统支持客户端/服务器（Client/Server，C/S）模式，也可以支持浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式，将各种（电力、环境、安防等）不同功能的子监控模块无缝融合到一个统一监控平台下[3]，系统架构如图1 所示。

图1 系统架构

整个系统主要由实时数据采集层、监控主机、远程IE（Internet Explorer，IE）浏览3 个部分构成。实时数据采集层对机房市电供配、UPS 系统、安防、空调等监控对象进行现场采集。采集到的数据经过系统分析、处理后传输给监控工作站。监控主机将现场实时采集到的数据进行本地化处理和存储。远程IE 浏览是通过网络在远程主机上以IE 的方式进行浏览，机房现场工作情况一目了然，很好地实现了管控一体化理念。

本系统可以通过监控App 查看设备所有取样点的实时数据、通信状态及告警事件，支持查看历史事件和数据，还可在App 上查看系统当前所有告警事件并确认具体事件。一旦监测到数据或状态超限，系统自动执行预设的应对程序，同时发出相应的报警信息。系统报警方式很多，如固定电话、弹出窗口、提示语音等，可以根据需求选择其中一种或多种。当有多个报警同时发生，系统通过预设的等级或顺序逐一发出报警信息。

3.3 各监控子系统

3.3.1 UPS 监控系统

UPS 监控系统对机房内2 套UPS 系统主机各取样点的数据进行实时监控管理，一旦监测到数据异常，相应的报警信息系统会自动发出。UPS 监控系统通过UPS 系统标配的RS-232/RS-485 通信接口，将各种实时采集数据送到服务器进行实时监控。UPS 监控系统实时监测UPS 系统内部蓄电池、整流器、逆变器等部件的现场采集数据，一旦数据超出正常范围，自动发出报警信息并切换到相应的报警界面，将相应数据直观地显示在界面上，如图2所示。

图2 UPS 监测界面

报警界面内异常的数据或状态显示红色并闪烁，系统对异常情况显示相应处理信息，同时存储记录该事件，发出多媒体语音，通过系统预设等级的高低对外发出报警信息。监控系统界面能直观显示实时曲线、历史曲线，可查询某一时段内相应数据的具体时间和数值，并可将历史曲线或数据生成excel 格式输出。系统能形成图文并茂的报告，管理人员能随时了解UPS 系统工作状况[4]。

3.3.2 蓄电池监控系统

蓄电池监控系统的监控对象为机房两台UPS主机（GE SG Series S1 400 kVA UPS），配置了2 组共240 节12 V 电池。

通过加装蓄电池检测系统，对单个电池和电池组的温度、电流、电压及功率等参数进行监测[5]。检测到的数据转换成RS-485 信号，直接接入多功能嵌入式控制器的串口，由其接入交换机，使监控主机能够实时访问其IP 地址，实现实时、全面监控蓄电池工作状态。

采用电池检测模块实时采集每节电池的电压、内阻及温度。每组电池加装一个电流模块，监测一组电池的充放电流和环境温度；加装检测采集主机，从电池检测模块中逐个读取电压、内阻与温度值，进行分析处理与显示，如图3 所示。

图3 蓄电池监测界面

当系统检测到电池参数异常，与前述流程一样，系统相应监控界面的状态或数据会变红色并闪烁，同时发出报警，提示相应的处理信息，进行记录存储和数据输出。

4 结语

通过UPS 系统电池改造及加装智能远程监测报警系统实现的运行效果显示，系统的数据记录完整，各子系统数据间交互功能强大，监测界面直观，丰富的报警方式及图文并茂的运行参数呈现等功能，在提高大型UPS系统运行效率和可靠性的同时，减轻了维护人员的工作压力，实现了对机房运行管理水平的极大提升。系统实现7×24 h 全天监测，从大量数据中提取有用的关键信息，克服了人的局限性，时效性极大提高。