Akademia Techniczno-Rolnicza

im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich

w Bydgoszczy

Praca inżynierska nr ......

Systemy bezprzerwowego zasilania napięciem przemiennym

Kierujący pracą: dr inż. Jan Mućko

Koreferent:

Student Nowakowski Maciej

Nr albumu........., Studia dzienne, elektrotechnika

Student Wolf Robert

nr albumu ........., studia dzienne, elektrotechnika

Bydgoszcz 2002

AKADEMIA TECHNICZNO - ROLNICZA

Im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich

WYDZIAŁ TELEKOMUNIKACJI I ELEKTROTECHNIKI

Kierunek: ELEKTROTECHNIKA

Studium DZIENNE

PRACA INŻYNIERSKA NR ..............

Studenci: Maciej Nowakowski , Wolf Robert

Temat pracy :System gwarantowanego zasilanie napięciem przemiennym

Dane wyjściowe : Dane systemów gwarantowanego zasilania

Zadania szczegółowe

Miejsce przeprowadzenia prac badawczych

Kierujący pracą: dr inż. Jan Mućko

Koreferent: prof. Ryznik

SPIS TREŚCI

******************

1. Cel pracy

Celem niniejszej pracy inżynierskiej jest wykonanie przeglądu i porównania systemów gwarantowanego zasilania napięciem przemiennym. Ponadto zajęliśmy się przeglądem i porównaniem systemów monitorujących powyższe urządzenia. Zostało przedstawione porównanie danych technicznych wyrobów różnych firm dostępnych na polskim rynku. Uruchomienie systemu monitorowania w modelu laboratoryjnym.

Miejscem przeprowadzania prac badawczych były laboratoria Zakładu Energoelektroniki i Sterowania WtiE ATR w Bydgoszczy.

2. Wykaz ważniejszych oznaczeń.

3. Wstęp

Systemy gwarantowanego zasilania prądem przemiennym mają coraz powszechniejsze zastosowanie w różnego rodzaju urządzeniach wykorzystywanych do przetwarzania i transmisji danych w precyzyjnie sterowanych procesach produkcyjnych, bankach i towarzystwach ubezpieczeniowych, w instalacjach do kontroli i sterowania transportem(linie kolejowe, tramwaje, lotniska).Dla prawidłowego działania, wszystkie te systemy wymagają

gwarantowanego zasilania energią elektryczną.

Dla zagwarantowania bezbłędnego działania sprzętu w przypadku występowania krótkotrwałych (trwających milisekundy) lub długotrwałych ( sekundy lub godziny) zakłóceń w dopływie energii elektrycznej pomiędzy publiczną siecią elektroenergetyczna a zasilanymi urządzeniami instalowane są systemy bezprzerwowego zasilania prądem przemiennym.

Systemy gwarantowanego zasilania czerpią energię zazwyczaj z baterii akumulatorów. W celu ładowania akumulatorów oraz dopasowania napięcia akumulatorów do poziomu napięcia wejściowego przekształtników systemu stosuje się bardzo często przekształtniki DC/DC z przetwarzaniem częstotliwościowym

Układy bezprzerwowego zasilania stosuje się do zasilania tych odbiorników, które nie dopuszczają nawet małej przerwy w dopływie do nich energii elektrycznej o napięciu umożliwiającym prawidłowe działanie. W wielu przypadkach brak zasilania może spowodować znacznie straty materialne lub nawet decydować o życiu ludzkim. Niezależnie od niezawodności systemu zasilania istnieje dodatkowy problem dotyczący jakości napięcia zasilającego. Odchyłki napięcia od wartości określonej normą, zakłócenia impulsowe, oscylacje wielkiej częstotliwości i chwilowe spadki napięcia mogą powodować błędne działanie odbiornika, prowadzące np. do utraty danych lub jego uszkodzenie.

W celu poprawy warunków i zwiększenia niezawodności działania tych odbiorników stosuje się specjalne zasilacze z dodatkowym źródłem energii, nazywane układami bezprzerwowego zasilania.

3.1) Kategorie odbiorów

Odbiory w obiekcie mogą zostać podzielone ogólnie na trzy kategorie. O zaszeregowaniu odbioru decyduje jego znaczenie dla obiektu oraz wrażliwość na nieprawidłowości występujące w napięciu zasilającym.

Kategoria III - należą do niej odbiory bez znaczenia strategicznego dla obiektu, nie wymagające specjalnych warunków zasilania. Zalicza się do nich zwykle:

• oświetlenie ogólne,

• ogrzewanie,

• systemy wentylacji podstawowej itp.

Kategoria II - należą do niej odbiory, dla których kilkunastosekundowy zanik napięcia nie stanowi zagrożenia, a których zasilanie musi być rezerwowane ze względu na ich znaczenie w systemie. Należą do nich:

• oświetlenie awaryjne,

• systemy wentylacji awaryjnej,

• urządzenia bezpieczeństwa przeciwpożarowego itp.

Są to odbiory niewrażliwe zwykle na zaniki napięcia, zakłócenia impulsowe czy szumy, dobrze znoszące odkształcenia napięcia, odporne na odchyłki częstotliwości i wahania wartości skutecznej oraz niepodatne na przepięcia. Od źródła rezerwowego wymaga się niezawodności i natychmiastowej gotowości do pracy po awarii napięcia w sieci energetycznej oraz zdolności długotrwałego podtrzymywania zasilania.

Kategoria I - należą do niej odbiory strategiczne nie tolerujące żadnych przerw w zasilaniu. Zalicza się do nich miedzy innymi;

• sieci komputerowe,

• systemy przetwarzania i transmisji danych,

• urządzenia telekomunikacyjne, itp.

Są to urządzenia wymagające zarówno ciągłości napięcia zasilającego (dopuszczalna przerwa to zwykle kilka milisekund), jak i bardzo dobrych parametrów kształtu napięcia, źle znoszące wszelkie zakłócenia.

Przedstawiony powyżej podział ma charakter poglądowy, ale dość dobrze oddaje oczekiwania odbiorów w stosunku do energii, która są zasilane.

3.2) Kompleksowy system zasilania

Kompleksowy system zasilania powinien w sposób uzasadniony ekonomicznie realizować w pełni wymagania wszystkich kategorii odbiorów. Przykładową strukturę takiego systemu zasilania przedstawiono na rysunku poniżej.

W skład systemu wchodzi;

• rozdzielnia główna (RG) budynku zasilana napięciem z sieci energetycznej,

• Rozdzielnia napięcia rezerwowanego (RNR) zasilana normalnie z rozdzielni głównej z możliwością przełączenia na zasilanie rezerwowe z agregatu prądotwórczego,

• agregat prądotwórczy (G) uruchamiany automatycznie po zaniku napięcia w sieci energetycznej,

• układ samoczynnego załączania rezerwy (SZR) realizujący automatyczne przełączanie zasilania RNR miedzy rozdzielnia główną a agregatem prądotwórczym,

• zasilacz UPS z zestawem baterii zewnętrznych,

• rozdzielnia napięcia gwarantowanego (RNG) zasilana napięciem wyjściowym zasilacza UPS.

Agregat prądotwórczy, jakkolwiek uruchamiany z kilkusekundowa zwłoką, po rozruchu stanowi stabilne źródło energii z bardzo długim czasem podtrzymania. Zasilacz UPS ma ograniczony czas podtrzymania, limitowany wielkością towarzyszącego mu zespołu baterii, ale stanowi źródło napięcia o idealnych parametrach, niezależnych od jakości napięcia wejściowego. Obydwa urządzenia maja wiec niekwestionowane zalety, nie są jednak pozbawione naturalnych wad. Praca w tandemie pozwala wykorzystać zalety obydwu urządzeń.

W przedstawionym systemie siec energetyczna jest podstawowym źródłem napięcia dla odbiorów kategorii II i III oraz do zasilania obwodów wejściowych zasilacza UPS. W następstwie zaniku napięcia w sieci następuje automatyczne, nieodczuwalne dla odbiorów kategorii I przełączenie zasilacza na prace bateryjna oraz automatyczny rozruch agregatu prądotwórczego. Po kilku sekundach agregat uzyskuje nominalne parametry pracy, SZR realizuje przełączenie w wyniku czego podejmują prace odbiory kategorii II, zaś UPS wraca do pracy w trybie normalnym. Odbiory kategorii III pozostają bez napięcia do chwili powrotu napięcia w sieci energetycznej zaś odbiory kategorii I pracują bezpiecznie niezależnie od tego, co dzieje się na wejściu zasilacza UPS.

Z punktu widzenia zasilacza UPS, agregat prądotwórczy stanowi alternatywę dla zespołów baterii. Ponieważ czas przerwy w napięciu wejściowym zasilacza ograniczany jest do kilku - kilkunastu sekund, uzyskanie długiego czasu podtrzymania dla odbiorów kategorii I nie wymaga rozbudowy systemu bateryjnego.

Czas podtrzymania pracy odbiorów kategorii I i II zależy wyłącznie od pojemności zbiorników paliwa - minimum kilka godzin. Może być praktycznie nieograniczony, jeżeli zastosowane zostaną rezerwowe zbiorniki paliwa.

Czas przerwy w zasilaniu odbiorów kategorii II wynosi kilka do kilkunastu sekund, odbiory kategorii I pracują bezprzerwowo.

Zasilanie odbiorów kategorii I przez UPS chroni je także przed wszelkimi zakłóceniami, które są typowe dla sieci energetycznej.

Topologie zasilaczy UPS

Zasilacz UPS ( układ bezprzerwowego zasilania) składa się:

• z inwertora (falownika),

• z magazynu energii w postaci baterii

• z prostownika gwarantującego doładowywanie baterii i utrzymywanie ich w ciągłej gotowości do pracy.

UPS dysponuje wiec dwoma źródłami napięcia; napięciem sieci energetycznej (filtrowanym pasywnie lub aktywnie uszlachetnianym) oraz napięciem wyjściowym inwertora.

Podział ze względu na zasadę działania określa projekt normy EN 50091-3. Upraszczając, zasilacze UPS można podzielić na dwie podstawowe grupy;

• zasilacze, w których normalnym źródłem napięcia zasilającego odbiory jest inwertor

• zasilacze, w których normalnym, podstawowym źródłem napięcia jest siec energetyczna odpowiednio modyfikowana lub nie.

Zasilacze takie w zależności od rodzaju ich pracy, buduje się w dwóch wersjach:

3.3) Zasilacze o działaniu ciągłym (on-line)

Zasilacze wykorzystujące inwertor jako podstawowe źródło napięcia określa się mianem grupy zasilaczy o działaniu ciągłym. Powstawanie napięcia zasilającego odbiory w inwertorze uniezależnia je praktycznie od wpływów zakłóceń występujących normalnie w sieci energetycznej. Przełączenie miedzy podstawowym i rezerwowym źródłem napięcia realizowane jest po stronie napięcia stałego. Niezależnie od sposobu przełączania inwertor odczuwa jedynie nieznaczące wahania napięcia na swoim wejściu, w związku z tym kształt napięcia na odbiorach zależy wyłącznie od charakterystyki inwertora. Poglądowy schemat zasilacza o działaniu ciągłym pokazano na rysunku poniżej.

Rys. 1. Schemat poglądowy zasilacza o działaniu ciągłym

W normalnych warunkach energia napięcia stałego w obwodzie pośredniczącym zasilacza powstaje w wyniku przetworzenia przez prostownik napięcia sieci zewnętrznej. Ze względu na dwustopniowe przetwarzanie energii (w prostowniku i falowniku), zasilacze o działaniu ciągłym nazywa się często urządzeniami o podwójnej konwersji energii. Rezerwowym źródłem energii w układzie jest bateria. Przejecie obciążenia przez baterie jest samoczynne, napięcie w obwodzie pośredniczącym zmienia się łagodnie i nigdy nie spada poniżej wartości akceptowalnej przez inwertor.

Jakość napięcia wyjściowego zasilaczy UPS pracujących w konfiguracji on-line jest wiec prawie wyłącznie funkcja parametrów inwertora. Układ zapewnia absolutna bezprzerwowość zasilania i idealne parametry kształtu napięcia w każdych warunkach, niezależnie od fluktuacji napięcia na wejściu zasilacza.

Odbiory zasilane przez UPS o działaniu ciągłym są bezpieczne w każdych warunkach. Ich funkcjonowaniu nie zagrażają żadne zjawiska zachodzące w sieci energetycznej.

Kolejna istotna cecha zasilaczy w topologii on-line jest duża tolerancja dla parametrów napięcia w sieci energetycznej, zarówno w zakresie parametrów kształtu, jak i wartości skutecznej czy częstotliwości. Jest to jedyna topologia gwarantująca bezkonfliktowa współpracę z agregatem prądotwórczym.

Typowy zasilacz UPS pracujący w technologii podwójnego przetwarzania energii powinien być wyposażony w tor obejściowy pozwalający na okresowe podanie na odbiory napięcia sieci zewnętrznej. Przełączany automatycznie układ obejściowy podnosi niezawodność zasilania odbiorów przez udostępnienie rezerwowego źródła napięcia o znacznej mocy zwarciowej w postaci sieci energetycznej. Pozwala to zasilać obwody odbiorcze w przypadku uszkodzenia inwertora lub w przypadku, gdy pobór mocy z zasilacza przekroczy jego moc znamionowa i dopuszczalna przeciążalność inwertora Może to mięć znaczenie np. podczas rozruchu niektórych typów odbiorów i jest bardzo istotne w przypadku zwarcia w obwodzie odbiorczym - duża moc zwarciowa sieci pozwala na natychmiastowe przepalenie bezpiecznika i wyeliminowanie uszkodzonego obwodu.

Dalszy wzrost niezawodności wymaga rezerwowania całego zasilacza przez zastosowanie redundancyjnego układu równoległego.

3.4) Zasilacze o działaniu dorywczym (off-line)

Inne rozwiązania opierają się na wykorzystaniu napięcia sieci energetycznej w charakterze podstawowego źródła energii. Stosuje się dwie konfiguracje; z bierna rezerwa (offline) i o działaniu wzajemnym (line-interactive). Są to rozwiązania prostsze i tańsze niż konstrukcja o działaniu ciągłym. Różnią się miedzy sobą sposobem filtrowania napięcia przed podaniem na odbiory. W przypadku zasilaczy z bierna rezerwa jest to tylko pasywne filtrowanie, zaś zasilacze o działaniu wzajemnym kształtują napięcie aktywnie. Schematy poglądowe takich zasilaczy pokazano na rysunkach poniżej.

Rys 2. Zasilacz UPS z bierną rezerwa

Rys 3. Zasilacz UPS o działaniu wzajemnym

Niekorzystna cecha obydwu z nich jest duży wpływ kształtu napięcia sieci energetycznej na kształt napięcia na odbiorach. W związku z tym są one zdecydowanie bardziej wrażliwe na odkształcenia napięcia sieci - mając na uwadze ochronę odbiorów, zasilacz przełącza się na gwarantujący odpowiednia jakość napięcia tryb bateryjny. W skrajnym przypadku może się okazać, ze współpraca zasilacza z bierna rezerwa lub zasilacza o działaniu wzajemnym z siecią jest w ogóle niemożliwa. W bardziej korzystnej sytuacji skończy się na znacznym skróceniu żywotności baterii w związku z ich częstym wykorzystywaniem. Jeśli napięcie w sieci będzie niestabilne lub odkształcone może się okazać, ze zasilacz go w ogóle nie akceptuje, alternatywa pozostaje wówczas wyłącznie praca bateryjna.

Kolejna niekorzystna cecha zasilaczy o tych konfiguracjach jest duże uzależnienie kształtu prądu pobieranego z sieci od kształtu prądu na odbiorach (zdarza się czasem, ze producent publikuje bardzo korzystna, niska zawartość harmonicznych w prądzie wejściowym zasilacza nie podając, ze dotyczy to wyłącznie odbiorów liniowych, czyli takich, które z reguły nie są zasilane napięciem gwarantowanym).

Dlatego nie zaleca się tych topologii do współpracy z agregatami prądotwórczymi i nie zaleca się ich do zasilania bardzo odpowiedzialnych odbiorów. Są one stosowane raczej w stabilnych środowiskach do zasilania mniej odpowiedzialnych urządzeń.

W nowoczesnych rozwiązaniach stosuje się tranzystorowe falowniki napięcia sterowane przy wykorzystaniu techniki modulacji w celu uzyskania na wyjściu sinusoidalnego przebiegu napięcia. Coraz częściej stosuje się również technikę modulacji w układzie sterowania prostownika, która umożliwia uzyskanie sinusoidalnego przebiegu prądu pobieranego z sieci zasilającej.

3.5) Dobór elementów systemu

Zasilacz UPS powinien być dobierany do oszacowanej mocy odbiorów. Należy pamiętać by sumaryczna moc odbiorów nie przekraczała ani wyjściowej mocy czynnej, ani wyjściowej mocy pozornej zasilacza. Wskazane jest niewielkie przewymiarowanie zasilacza (10 - 20 %), które stanowiłoby rezerwę na okresowy wzrost lub błędy w szacowaniu mocy odbiorów.

UPS przeznaczony do współpracy z agregatem prądotwórczym powinien stanowić barierę miedzy odbiorami a agregatem. Chodzi o maksymalne wyeliminowanie wpływu na agregat odkształconych prądów pobieranych przez odbiory nieliniowe (takie są wszystkie urządzenia komputerowe). Powinien to być UPS, który nie wiąże kształtu prądu wejściowego z kształtem prądu pobieranego przez odbiory.

Agregat prądotwórczy powinien bezpiecznie pokrywać zapotrzebowanie zasilacza UPS i odbiorów kategorii II. Jego moc jest suma mocy pobieranej przez UPS w stanie pełnego obciążenia i mocy odbiorów kategorii II.

gdzie: moc wejściowa zasilacza UPS, moc sumaryczna odbiorów kategorii II. Moc wejściowa zasilacza UPS obliczamy korzystając z zależności gdzie; wyjściowa moc czynna zasilacza UPS, sprawność zasilacza UPS, współczynnik przewymiarowania agregatu biorący pod uwagę miedzy innymi odkształcenie prądu wejściowego zasilacza UPS. dodatkowa moc wejściowa zasilacza związana z ładowaniem baterii (do ponad 25 % mocy znamionowej zasilacza).

Jeżeli zasilacz UPS ma możliwość rozbudowy (zwiększenie mocy wyjściowej przewidziane w konstrukcji urządzenia) należy brać pod uwagę największą moc wyjściową zasilacza.

Przyjmuje się, ze jeśli zawartość harmonicznych w prądzie wejściowym zasilacza jest na poziomie 30 % (typowy zasilacz trójfazowy bez filtru wejściowego) współczynnik
powinien mieć wartość nie większą niż 0.6 - 0.7. Jest to wartość skrajna, pozwalająca zaledwie na poprawna współpracę. W praktyce należy albo jeszcze bardziej przewymiarować agregat, albo zastosować zasilacz UPS o mniej odkształconym prądzie wejściowym. Zalecane jest tez stosowanie zasilaczy wyposażonych w specjalny interfejs do współpracy z agregatem, pozwalający aktywnie ograniczyć prąd wejściowy przez zablokowanie funkcji ładowania baterii do chwili powrotu napięcia sieci. Wówczas można zrezygnować z 25-procentowej nadwyżki mocy agregatu, niezbędnej do ewentualnego ładowania baterii.

Do współpracy z agregatem prądotwórczym zaleca się stosowanie zasilaczy UPS wyposażonych w filtr redukujący zawartość harmonicznych w prądzie wejściowym do poziomu około 10% (głębsza redukcja jest bezcelowa, nie wpływa znacząco na poprawę charakterystyki współpracy zasilacza z agregatem, nie jest wiec uzasadniona ekonomicznie). Nie powinno się stosować innych topologii zasilaczy niż online, gdyż tylko taka gwarantuje, ze poprawność współpracy zasilacza UPS z agregatem nie zachwieje się w wyniku zmiany charakterystyki odbiorów.

Zalecane jest stosowanie agregatów wyposażonych w elektroniczne regulatory prędkości obrotowej, z nowoczesnymi prądnicami przystosowanymi do nieliniowych obciążeń. Generalnie poleca się stosowanie urządzeń sprawdzonych we współpracy i zapewniających stabilność zasilania w każdych warunkach.

3.6) Niezawodność zasilaczy UPS

Praca równoległa

Najbardziej istotny wzrost niezawodności napięcia można uzyskać w układach równoległych, w których zasilacze pracują synchronicznie i dzielą obciążenie miedzy sobą. Układy równolegle stosuje się z dwóch zasadniczych powodów.

Pierwszy to zapewnienie redundancji na poziomie całego zasilacza UPS. Układ składa się wówczas zwykle z dwóch jednostek o jednakowych mocach. Moc sumaryczna odbiorów nie przekracza mocy znamionowej jednej jednostki.

Drugi to zwiększanie mocy wyjściowej układu z jednoczesnym zachowaniem redundancji. Są to zwykle układy większej liczby zasilaczy. Redundancja jest wówczas zachowana pod warunkiem, ze moc sumaryczna odbiorów nie jest większa niz. moc sumaryczna zasilaczy pomniejszona o moc przynajmniej jednego zasilacza.

Paradoksalnie źle skonstruowany system równoległy może być sam w sobie przyczyna awarii napięcia na odbiorach. Niezawodna praca systemu równoległego zależy od dwóch cech zasilaczy:

• istnienia pewnego, bezpiecznego systemu synchronizacji,

• selektywnego eliminowania urządzeń uszkodzonych.

Precyzja synchronizacji i jej absolutna niezawodność są czynnikami niezwykle istotnymi ze względu na równomierność podziału obciążenia i, co najważniejsze, na bezpieczeństwo pracy inwertorów. Przesuniecie fazowe miedzy napięciami wyjściowymi zasilaczy równe jednemu stopniowi elektrycznemu prowadzi do aż pięćdziesięcioprocentowej różnicy w ich obciążeniu. Brak synchronizmu w układzie równoległym natychmiast prowadzi do poważnych uszkodzeń w systemie - zniszczeniu ulegają inwertory.

Typowe systemy pracujące równolegle składają się z jednostki centralnej i jednej lub kilku jednostek podporządkowanych. Jednostka nadrzędna kieruje praca pozostałych, badając ich stan i generując odpowiednie sygnały sterujące. Może być wyposażona w dodatkowa płytę z urządzeniami pomiarowymi i diagnostycznymi oraz w stosowny algorytm sterujący, może tez być wybierana dynamicznie - wówczas wszystkie jednostki w systemie zdolne są do pełnienia funkcji nadrzędnej. W obu przypadkach sygnały pomiarowe i sterujące przekazywane są za pośrednictwem dodatkowych przewodów. Jest to najczęstszą przyczyna awarii systemów równoległych. Uszkodzenie przewodów sygnałowych prawie zawsze prowadzi do wyłączenia napięcia wyjściowego systemu, a w mniej korzystnym przypadku może zakończyć się poważnym uszkodzeniem zasilaczy pracujących w systemie.

Alternatywnym sposobem realizacji synchronizacji i podziału obciążenia jest opieranie się wyłącznie na badaniu przez zasilacz napięcia na wspólnych szynach odbiorczych i własnego prądu wyjściowego oraz tendencji zmian tych wartości oraz generowaniu na tej podstawie sygnałów sterujących dla samego siebie. Uniezależnia to zasilacz od integralności przewodów sterujących, daje przy tym naturalna umiejętność radzenia sobie z różnymi, również nietypowymi, sytuacjami w układzie odbiorczym. Technologia ta, nazwana Hot Sync, opatentowana i stosowana wyłącznie przez Powerware w zasilaczach serii Powerware 9305 i Powerware 9315 (40 - 625 kVA) daje najwyższą niezawodność.

Układ równoległy oparty na technologii Hot Sync przedstawiono na rysunku poniżej. Składa się z dwóch lub większej liczby zasilaczy UPS, zespołów bateryjnych (względnie jednego, wspólnego modułu bateryjnego) oraz modułu sprzęgającego. Zadaniem modułu sprzęgającego jest umożliwienie połączenia zacisków energetycznych zasilaczy, wyprowadzenie napięcia wyjściowego do rozdzielnic odbiorczych oraz monitorowanie poszczególnych zasilaczy i całego systemu. Układ charakteryzuje się brakiem jakichkolwiek połączeń logicznych miedzy jednostkami, które miałyby wpływ na proces synchronizacji lub proces selektywnego eliminowania uszkodzeń.

Rys 4. Moduł pracy równoległej

Synchronizacja odbywa się przez regulacje fazy napięcia wyjściowego zasilacza na bazie obserwacji zmian oddawanej mocy. Jeżeli moc oddawana wzrasta, zasilacz ocenia, ze jego napięcie wyjściowe wyprzedza w fazie napięcia pozostałych zasilaczy. I odwrotnie, jeżeli moc maleje, napięcie wyjściowe zasilacza spóźnia się w stosunku do pozostałych. Korekty fazy napięcia są przeprowadzane 3000 razy na sekundę, odpowiadają chwilowym zmianom częstotliwości napięcia wyjściowego rzędu kilku miliherców, są w związku z tym zupełnie niezauważalne przez odbiory. Precyzja regulacji Hot Sync umożliwia nawet bezpieczna współpracę zasilacza z siecią energetyczna (jest to oczywiście zdecydowanie niewskazane) czego nie zapewni żaden inny sposób synchronizacji.

Kolejnym istotnym czynnikiem niezawodności jest selektywne eliminowanie urządzeń uszkodzonych. Diagnostyka uszkodzeń zasilacza w układzie równoległym także nie wymaga komunikacji logicznej z innymi zasilaczami. Opiera się na obserwacji tendencji zmian własnego napięcia wyjściowego i prądu wyjściowego. W zasilaczu pracującym poprawnie iloczyn zmiany prądu i zmiany napięcia daje zawsze wynik ujemny. W zasilaczu uszkodzonym iloczyn będzie zawsze dodatni. Wzrostowi prądu towarzyszy wzrost napięcia i odwrotnie, spadkowi prądu towarzyszy spadek napięcia.

Wyizolowany zasilacz podejmuje trzykrotna próbę startu. Jeżeli próby się nie powiodą, zasilacz rozpoczyna alarmowanie. Wyizolowany zasilacz nie wyłącza się definitywnie - kontynuuje monitorowanie napięcia na odbiorach i w razie potrzeby zasila je napięciem sieci przez swój tor obejściowy. Nawet w tak nietypowej sytuacji układ odbiorczy ma zagwarantowane bezpieczeństwo pracy.

3.7) Kontrola i monitoring urządzeń przemysłowych

W ostatnich latach coraz częściej stosuje się systemy komputerowe do monitorowania pracy urządzeń w instalacjach napięcia gwarantowanego. Tradycyjnie, monitorowanie urządzeń polegało na zapisywaniu w dziennikach odczytów wskazań mierników. Zapisów tych dokonywali co kilka godzin dyżurni. W odległych instalacjach odczyty te były dokonywane dużo rzadziej. Zastosowanie komputerowych systemów monitorowania dostarcza znacznie dokładniejszych danych, z większą częstotliwością pomiarów. Pozwala to na dokładniejszą ocenę warunków pracy urządzeń. Dzięki temu można wyeliminować wpływ czynników niekorzystnych dla żywotności urządzeń, podwyższając tym samym niezawodność działania instalacji napięcia gwarantowanego.

Najczęściej z monitorowanych i kontrolowanych urządzeń są baterie ale także inne urządzenia pomocnicze (klimatyzatory, instalacje przeciwpożarowe itp.)
Typowy system monitorowania baterii składa się z urządzeń pomiarowych, koncentratorów danych, urządzeń transmisji danych i komputerów odpowiedzialnych za gromadzenie i wizualizację danych. Struktura kontroli i monitoringu innych urządzeń niż baterii jest podobna i nie będziemy osobno jej omawiać.

Rys 5. Ogólny schemat komputerowego systemu monitorowania baterii

Architektura taka jest szczególnie przydatna, gdy :

• instalacja zawiera co najmniej kilka baterii

• dysponujemy stałymi łączami transmisji danych

• jest stała obsługa posługująca się konsolą operatorską

Często mamy jednak do czynienia z sytuacją, gdy baterie są rozlokowane w odległych lub trudno dostępnych miejscach. Nie dysponujemy wówczas stałym kanałem transmisji danych. W takiej sytuacji urządzenia monitorujące (rejestratory pracy baterii), przyłączone bezpośrednio do baterii muszą korzystać z innych metod transmisji danych, aby poinformować obsługę o stanach alarmowych.

Metody transmisji danych z obiektów kontrolowanych i monitorowanych :

• stałe łącza komutowane

• sieci telefonii komórkowej w systemie GSM.

• Internet i sieci przywoławcze (pager)

3.7.1) Przewodowe łącza komutowane

Wykorzystanie przewodowego łącza komutowanego polega na tym, że urządzenie monitorujące baterię współpracuje z modemem, który następnie jest dołączony do publicznej sieci telefonicznej (najczęściej TP S.A.), rzadko można wykorzystać do tego celu lokalną centralę telefoniczną. Po drugiej stronie jest również modem i komputer, wyposażony w oprogramowanie, które potrafi porozumieć się z urządzeniem monitorującym baterię.

Rys 6. Monitorowanie baterii z wykorzystaniem przewodowych łączy komutowanych

Komunikacja w tym wariancie może odbywać się dwukierunkowo. Urządzenie monitorujące baterię może nawiązywać połączenie z komputerem, w sytuacjach awaryjnych, gdy wartości parametrów przekraczają określone wartości. Z drugiej strony komputer może nawiązywać połączenie z urządzeniem monitorującym, jeśli operator chce sprawdzić stan instalacji lub odczytać pomiary zgromadzone w urządzeniu monitorującym.

Konfiguracja taka ma pewne ograniczenia :

• dysponujemy tylko jednym kanałem transmisji danych do komputera, informacje o sytuacjach alarmowych mogą nie dotrzeć, gdy linia jest zajęta rozmową lub transmisją danych z innej baterii

• komunikacja z urządzeniem monitorującym jest uruchamiana okresowo, co powoduje brak jednoznacznej informacji o prawidłowym funkcjonowaniu całego systemu monitorowania. Wymusza to konieczność dodatkowych testowych połączeń

• jeśli system monitorowania obejmuje większą liczbę baterii, to konsola operatorska (komputer) powinna znajdować się w miejscu gdzie są prowadzone stałe dyżury.

Zaletą tego typu konfiguracji jest to, że urządzenie monitorujące może nawiązywać połączenie z kilkoma ośrodkami monitorowania, np. z producentem baterii.

3.7.2) Wykorzystanie cyfrowej telefonii komórkowej GSM

Stosunkowo młode w Polsce sieci telefonii komórkowej w systemie GSM mają w Polsce coraz większy zasięg.
Cyfrowa telefonia komórkowa coraz częściej stosowane w przemysłowych systemach monitorowania (monitorowanie i sterowanie energoelektronicznych układów napędowych na Żuławach), a także w systemach alarmowych (alarmowanie o skradzionych pojazdach, powiązanie GSM z GPS). System GSM może mieć również zastosowanie w monitorowaniu baterii instalacji napięcia gwarantowanego.

Przesyłanie danych przez sieci GSM można realizować na dwa sposoby:

• bezpośrednia transmisja danych między urządzeniem monitorującym i komputerem

• przesyłanie przez urządzenie monitorujące komunikatów tekstowych (SMS) informujących (alarmujących) o stanie baterii, informacja taka może być przesłana bezpośrednio na zwykły telefon komórkowy GSM

W obydwu przypadkach nie musimy uruchamiać połączeń kablowych do centrali telefonicznej. Wykorzystanie sieci GSM wymaga odpowiedniego oprogramowania urządzenia monitorującego oraz specjalnego telefonu GSM. Telefon taki nie jest wówczas wyposażony w klawiaturę i wyświetlacz, pełne sterowanie nad nim przejmuje urządzenie monitorujące baterię. Tego typu urządzenia określa się zazwyczaj jako "terminal GSM".

Zastosowanie sieci GSM daje zalety, których nie mają inne systemy telefonii publicznej. Można do nich zaliczyć :

• identyfikację rozmówcy, pozwalająca odrzucać połączenia od nieznanych abonentów

• możliwość tworzenia zamkniętej grupy użytkowników

• niższe stawki za połączenia w ramach abonamentów wykupionych dla tej samej firmy

Oprócz tych zalet zastosowanie GSM ma również swoje wady. Należy do nich zasięg (ciągle nie obejmuje on 100% terytorium Polski) oraz dostępność. Zdarza się bowiem, że sieci GSM są "zatkane". Dotyczy to na przykład kilku godzin w sylwestra, gdy wszyscy składają sobie życzenia noworoczne. Wady te nie są raczej istotne w systemach monitorowania baterii, gdyż zjawiska zachodzące w bateriach mają stosunkowo wolny przebieg.

Przesyłanie danych w systemie GSM

Przy przesyłaniu danych przez GSM jest wymagana dodatkowa opłata instalacyjna oraz w ramach abonamentu. Aktualna prędkość transmisji danych w sieciach GSM wynosi 9600 bitów na sekundę (w najbliższych latach zostanie to zwiększone, najpierw do 115 kb/s, a później do 2Mb). Dla samego tylko sprawdzenia stanu urządzenia wystarczy połączenie kilkusekundowe Połączenia mogą być nawiązywane przez obydwie strony, rejestrator pracy baterii lub centrum monitorowania. Jednakże ze względu na różne opłaty za połączenia w zależności od wykupionej taryfy, korzystniej jest nawiązywać połączenie od strony centrum monitorowania.

Rys 7. Przesyłanie danych w systemie GSM

Przy wykorzystaniu sieci GSM centrum monitorowania może być stacjonarne, tak jak w poprzednich wariantach lub ruchome. Wówczas wystarczy komputer typu notebook z telefonem GSM.

Wykorzystanie krótkich komunikatów tekstowych SMS

Sieci GSM wykorzystują kilka rodzajów radiowych kanałów transmisji danych. Po zaprojektowaniu systemu GSM okazało się, że jeden z kanałów sterujących jest stosunkowo mało wykorzystany. Zdefiniowano więc SMS (Short Message System), krótkie komunikaty tekstowe o długości nie przekraczającej 160 znaków. Mogą być one wysyłane z telefonu komórkowego lub centrum informacyjnego operatora sieci. Komunikat wysyłany z telefonu komórkowego do innego abonenta trafia najpierw do SMSC (centrum przesyłania SMS) umieszczonego u operatora sieci. Następnie SMSC wysyła SMS do adresata. Jeśli adresat nie jest w danym momencie dostępny (ma na przykład wyłączony telefon lub jest poza zasięgiem), to SMS jest kolejkowany i przesyłany natychmiast, gdy adresat ponownie włączy się do sieci.
SMS posiadają również istotną cechę z punktu zastosowania w systemach monitorowania. Otóż SMS może być wysłany z żądaniem potwierdzenia otrzymania. Można w ten sposób zdefiniować listę kolejnych adresatów do których wysyłane są informacje, jeśli nie dotarły one do pierwszego adresata.

Rys 8. Wykorzystanie SMS w systemach monitorowania

Jak pokazuje rysunek 8, odbiorcą SMS może być osobisty telefon abonenta. W ten sposób informacja tekstowa o stanie systemu trafia bezpośrednio do zainteresowanej osoby. Wyeliminowane zostało tutaj centrum monitorowania, nie trzeba więc ponosić wydatków związanych z zakupem i utrzymaniem komputera i odpowiedniego oprogramowania. Przy takim rozwiązaniu jesteśmy na bieżąco informowani o stanach alarmowych.
Zaletą SMS jest to, że nie wymagają one bezpośredniego połączenia dwóch telefonów GSM. SMS może być dostarczony również w czasie prowadzenia rozmowy z innym abonentem. Rozszerza to niejako szerokość dostępnego kanału transmisji danych.

Rys 9. Przykładowy SMS, zawierający dane o monitorowanej baterii.

Pokazane tutaj zastosowanie SMS pozwala przesyłać informacje tylko w jednym kierunku, od urządzenia monitorującego do osoby odpowiedzialnej za system. Przy odpowiedniej zmianie oprogramowania w urządzeniu monitorującym można je wykorzystać do sterowania. Może ono również odbierać SMS i wykonywać zawarte w nim polecenia. Warto tutaj podkreślić, że jest to dosyć bezpieczne rozwiązanie, dzięki identyfikacji numeru abonenta w telefonii GSM.
Z informacji uzyskanych od operatorów sieci GSM wynika, że wykorzystanie SMS będzie się zwiększało a urządzenia przesyłające SMS będą miały coraz większą przepustowość. Już teraz SMS są wykorzystywane do serwisów informacyjnych rozsyłanych przez operatorów

3.7.3) Sieci przywoławcze (pager)

Do monitorowania baterii można również wykorzystać sieci przywoławcze (pager).Podobnie jak w przypadku SMS, pozwala to na przesyłanie informacji bezpośrednio do osoby odpowiedzialnej za monitorowany obiekt. Urządzenie monitorujące musi być wyposażone w modem lub terminal GSM, poprzez który nawiązuje połączenie z centralą sieci przywoławczych.
Sieci przywoławcze obejmują swoim zasięgiem znaczną część obszaru Polski. Zaznaczyć jednak należy, że sieci przywoławcze po gwałtownym rozwoju na początku lat dziewięćdziesiątych, obecnie tracą na popularności na korzyść innych środków komunikacji (np. GSM).

3.7.4) Internet

Coraz częściej w systemach monitorowania wykorzystuje się Internet lub jego protokoły (TCP/IP). Zastosowanie Internetu jest przydatne szczególnie w sytuacji, gdy mamy do czynienia z dużymi obiektami przemysłowymi, występuje kilka systemów monitorowania i informacje muszą być przesłane do wielu osób. Technologie internetowe pozwalają przesyłać informacje natychmiast i bezpośrednio poprzez lokalne lub rozległe sieci komputerowe. Możliwe jest również wykorzystanie poczty elektronicznej, do informowania wielu adresatów. Warto zaznaczyć, że w najbliższych latach nastąpi zbliżenie technologii internetowych i GSM. Będzie je można wówczas szerzej wykorzystać (na przykład w postaci rozbudowanych SMS) w systemach monitorowania.

Przegląd i porównanie systemów gwarantowanego zasilania oraz jego monitoringu

Stosowne obecnie układy nadzoru siłowni lub baterii wykazują już cechy systemów zarządzania. Zarządzanie systemu polega przykładowo na wydaniu dyspozycji wyłączenia prostowników, jeśli napięcie stałe w układzie w sposób trwały wzrosło do wartości niebezpiecznej dla baterii. W tym przypadku system nadzoru podejmuje decyzję o wyłączeniu zasilania i pilnym alarmem informuje o tym operatora nadrzędnego.

Nadzór baterii może być zrealizowany przez moduł ogólny (pomiar prądu baterii, temperatury ogniwa pilotującego, napięcia na baterii)lub przez moduł szczegółowy (dodatkowo pomiar napięcia na wszystkich ogniwach i temperatury wszystkich ogniw). W przypadku szczegółowego nadzoru baterii niektóre systemy mogą z dużym wyprzedzeniem ostrzegać użytkownika o nieprawidłowej pracy baterii, co umożliwia usunięcie przyczyny awarii zanim jej efekty wpłyną na funkcjonowanie systemu zasilania.

W przypadku nadzoru urządzeń pomocniczych (klimatyzatory, instalacje przeciwpożarowe itp.) mogą być one podłączone poprzez sygnały binarne i sygnały analogowe.

Wadliwe funkcjonowanie niektórych urządzeń jest trudne do wykrycia podczas krótko czasowych kontroli. Zapis „historii choroby” umożliwia szybkie zlokalizowanie problemu.

Komputery współpracujące z nowoczesnymi systemami zarządzania i nadzoru pracy siłowni i baterii są wyposażone w bardzo rozwinięte programy obsługi, które umożliwiają np.

- zbiór i ewidencję danych

- wydruki dokumentów

- obsługę graficzną z wyborem wartość ekstremalnych

Zebrane dane obrazujące stan nadzorowanego obiektu są analizowane pod kątem wystąpienia stanów alarmowych (np. zbyt głębokiego rozładowania baterii, awarii sieci zasilającej itp.) oraz przesłane do użytkownika poprzez łącze szeregowe (komputer w tym samym obiekcie ) lub przez komutowaną linię telefoniczną za pomocą modemu.

Przegląd i porównanie systemów nadzoru i monitoringu.

APS Energia

Firma APS Energia w swojej ofercie prezentuje System Automatycznego Nadzoru (SAN) jest to modułowy system kontroli i monitoringu przemysłowych urządzeń zasilających oraz aparatów pomocniczych, umożliwiającym zdalne monitorowanie stanu pracy nadzorowanego obiektu.

System SAN jest przeznaczony do nadzoru zasilania w skład którego wchodzą:

- zasilacze stało prądowe (do ładowania baterii i/lub zasilania odbiorów)

- baterie podtrzymujące zasilanie (24-220V)

- pola rozdzielcze, pola odbiorów

- zasilacze przemiennoprądowe (falowniki)

- klimatyzatory

- systemy pomocnicze (przeciwpożarowe, antywłamaniowe)

System SAN służy również jako rejestrator pracy nadzorowanych urządzeń. Przesyłane regularnie dane umożliwiają śledzenie zmiany parametrów urządzenia w funkcji czasu (starzenia, zmiany temperaturowe itp.)

Parametry systemu SAN mogą być ustawiane poprzez modem, bez potrzeby wizytowania nadzorowanego obiektu. Program komunikacyjny jest wyposażony w pełni graficzny interfejs użytkownika, pozwalając na analizę danych aktualnych, umożliwiając jednocześnie obserwację zmian parametrów nadzorowanego obiektu w czasie.

Poszczególne moduły automatycznego systemu nadzoru SAN 4

• SAN 4-1 jednostka centralna zarządzająca pracą całego systemu SAN 4. Przez łącze RS485 komunikuje się z innym panelem kontrolno-pomiarowym

Wejścia 4 analogowe, 8 binarnych

Wyjścia 2 dwustanowe bezpotencjałowe

Napięcie zasilania -15,-5,+5,+15V

Max. Napięcie mierzone 300V

Max. Rezystancja wejściowa 3MΩ

Dokładność pomiaru < 0,3%

Zebrane wyniki pomiarów zapamiętuje w elektrycznie podtrzymywanej pamięci RAM i umożliwia ich odczyt przez łącze RS232C lub przez modem.

• SAN 4-2 konsola systemowa, zawiera wyświetlacz ciekłokrystaliczny LCD, klawiaturę cztero przyciskową umożliwiającą podgląd parametrów urządzeń.

• SAN 4-3 specjalizowany zasilacz, dostarcza galwanicznie izolowane napięcia. Układ może być zasilany z sieci prądu przemiennego lub z baterii.

Napięcie zasilania VDC 180-350

Napięcie zasilania VAC 150-250

Zakres częstotliwości napięcia zasilającego 50-60 Hz

• SAN 4-4 integrator cyfrowy pozwalający na zbieranie danych, jednocześnie zapewniający zasilanie i sterowanie modułów pomiarowych SAN 4-5. Układ zbiera dane pomiarowe i przesyła do jednostki centralnej SAN 4-1. Urządzenia posiada wbudowany system pozwalający na wstępną ocenę wartości mierzonej .

Urządzenie posiada sygnalizację:

- przekroczenie zadanego progu pomiarowego

- wystąpienia zakłóceń transmisji

- komunikację z jednostką centralną

- aktualnie mierzonego kanału pomiarowego

Napięcie zasilania (z SAN 4-3) 15V

Max. długość połączenia z SAN 4-1 1500m

Max. długość połączenia z SAN 4-5 10m

• SAN 4-5 moduł pomiarowy 14 bitowy bipolarny przetwornik AC/DC. Urządzenie ściśle współpracuje z SAN 4-4 pozwala na odczyt sygnału z bocznika lub przetwornika typu LEM.

Napięcie zasilania (z SAN 4-3) 15V

Max. długość połączenia z SAN 4-4 10m

Max. napięcie mierzone 300V

Max. rezystancja wejściowa 3MΩ

Dokładność pomiaru 0,3%

• SAN 4-6 układ kontroli i sterowania wejść i wyjść dwustanowych. Współpracuje z SAN 4-1 , pozwala na kontrolę lub sterowanie wybranymi punktami układu.

Urządzenie posiada:

- 8 wejść na wspólnym potencjale

- 8 wejść galwanicznie izolowanych

- 3 wyjścia bezpotencjałowe

Wyposażony jest w sygnalizację poprawnej pracy i komunikacji z jednostką centralną.

Napięcie zasilania (z SAN 4-3) 15V

Max. długość połączenia z SAN 4-1 1500m

Wejście binarne poziom niski 0V

Wejście binarne poziom wysoki 3-60V

Max. napięcie wyjścia binarnego 300V

Max. prąd wyjścia binarnego 1A

• SAN 4-7 moduł nadzoru do ciągłego monitorowania napięć i temperatur baterii chemicznej. Układ zbiera i analizuje dane pomiarowe, a następnie przesyła do jednostki centralnej SAN 4-1. W przypadku gdy wartość napięć mierzonych znajdują się poza zakresem nominalnym sygnalizowany jest alarmowy.

Max. ilość ogniw/monobloków 12 sztuk

Max. napięcie ogniw/monobloków 24V

Max. długość połączenia z SAN 4-1 1500m

Dokładność pomiaru 0,5%

Napięcie zasilania (z SAN 4-3) 15V

Zakres pomiaru temperatur 40-100 ⁰C

• SAN 4-8 modem telefoniczny pozwala na przyłączenie systemu SAN 4 do sieci telefonicznej i zdalną kontrolę monitorowanych parametrów.

Napięcie zasilania (z SAN 4-3) 15V

Max. długość połączenia z SAN 4-1 15m

Max. prędkość transmisji 14400 bps

Telzas

Firma Telzas oferuje program komputerowy o nazwie Centrum Nadzoru WinceCN przeznaczony jest dla komputerowych centrów nadzoru realizujących monitoring różnego typu urządzeń w oparciu o przesyłanie danych przez linie transmisyjne. Program jest wykorzystywany do kontroli pracy systemów zasilających prądu stałego i przemiennego, zasilaczy awaryjnych UPS, zespołów prądotwórczych, klimatyzatorów, tablic dystrybucji i rozdziału ACi DC.

Program umożliwia:

• ciągłe nadzorowanie pracy urządzeń

• automatyczne przekazywanie informacji o stanie nadzorowanych obiektów do centrum nadzoru lub służb serwisowych

• rejestrację i archiwizację danych

Podstawowym zadaniem programu jest przyjmowanie od nadzorowanych obiektów zgłoszeń o awariach lub raportów zawierających informacje o stanie ich pracy. Z Centrum Nadzoru można również nawiązać połączenie z dowolnym obiektem i odczytać aktualne parametry pracy urządzeń. Ponadto dane mogą być rejestrowane cyklicznie w czasie rzeczywistym. System zapewnia również sterowanie funkcjami urządzeń oraz ustawianie parametrów ich pracy. Zakres funkcji sterujących zależy od rodzaju zastosowanego w urządzeniu kontrolera.

Program zapewnia rejestrację i archiwizacją wszystkich danych związanych z pracą nadzorowanych obiektów. Wszystkie dane oraz każdy stan pracy urządzeń może być udokumentowany w postaci wydruków.
Trzypoziomowy system dostępu do funkcji programu zabezpiecza przed niepożądanymi zmianami w bazie danych oraz wpływem na pracę nadzorowanych urządzeń. Istnieją trzy grupy użytkowników z odpowiednim zakresem uprawnień:

• ADMINISTRATORZY

• UŻYTKOWNICY ZAAWANSOWANI

• UŻYTKOWNICY ZWYKLI

Liczebność każdej z grup jest dowolna. Każdy użytkownik posiada swoją unikalną nazwę oraz hasło. Administrator systemu nadzoru posiada prawo do wprowadzania i usuwania użytkowników oraz zmiany konfiguracji Centrum Nadzoru.
Specjalnie zaprojektowana architektura programu WinCN pozwala na szybkie przystosowanie do współpracy z różnymi kontrolerami, sterownikami i modułami komunikacyjnymi.

Program komputerowy Centrum Nadzoru WinCN:

• pracuje w systemach operacyjnych Windows 95/98/NT

• jest łatwy w instalacji i deinstalacji

• posiada profesjonalną bazę danych zawierającą wszystkie dane związane z pracą Centrum Nadzoru

• jest wyposażony w przyjazny dla użytkownika i łatwy w obsłudze interfejs graficzny

• pozwala obserwować pracę obiektów i urządzeń na mapach ułożonych hierarchicznie

• umożliwia obsługę trzech łączy transmisyjnych równocześnie i odbieranie zgłoszeń z trzech obiektów w tym samym czasie

• rejestruje historię zdarzeń umożliwiającą analizę stanu obiektów

• daje możliwość zdalnego ustawiania parametrów urządzeń oraz sterowania ich pracą np. MCSU, SMO, SMO2, SMO3, KMD.

• umożliwia samodzielne konfigurowanie przez użytkownika obiektów, urządzeń i sygnałów

• jest wyposażony w rozbudowany system pomocy zapewniający poprawną obsługę programu

• jest w pełni kompatybilny ze wszystkimi sterownikami oferowanymi przez TELZAS oraz  z wybranymi sterownikami innych firm.

• możliwość komunikacji poprzez trzy typy mediów:
  - sieć komutowaną (modem)
  - sieć logiczną (protokół TCP/IP)
  - RS232.

• funkcja powiadamiania na tel. komórkowe w postaci SMS- możliwość przekazywania SMS na określony nr tel.  komórkowego np. w godzinach popołudniowych;

Przykładowa konfiguracja komputerowego systemu nadzoru WinCN 3.0

Sterowniki do systemu nadzoru

• SMO - Sterownik  przystosowany do ciągłego i pełnego nadzoru urządzeń eksploatowanych na danym obiekcie. System Monitoringu Obiektu SMO jest to w pełni funkcjonalny układ pomiaru różnych wielkości fizycznych, które występują na terenie monitorowanego obiektu. W jego skład wchodzi sterownik typu SMO wraz z modemem oraz 4 interfejsy wejściowe do podłączenia sygnałów wewnętrznych do komunikacji z centrum nadzoru. Dzięki oprogramowaniu sterownika SMO oraz centrum nadzoru WinCN, możliwy jest ciągły i pełny nadzór nad urządzeniami eksploatowanymi na danym obiekcie.

Zasilanie	18V ÷ 70V DC
Pobór mocy	< 10W
1 wejście napięciowe DC	0 ÷ 70V
4 wejścia prądowe z przetworników prądowych typu LEM	±4V
2 półprzewodnikowe czujniki temperatury	-25^o C ÷ +105^o C
7 wejść cyfrowych dwustanowych
2 wejścia analogowe	0 - 5V
12 wejść cyfrowych sterujących dwustanowych - opcja
8 wejść analogowych - opcja	0 - 5V
4 wyjścia cyfrowe sterujące dwustanowe - opcja	1A 24V DC/0.5 A 120V AC
Dokładność pomiarów	±1%
Modem zgodny z protokołem	MNP5 i V42bis
Temperatura pracy	5^o C ÷ 40^o C
Separacja wejść dwustanowych
Możliwość transmisji danych do centrum nadzoru przez łącza telefoniczne komutowane, dzierżawione lub też przez port szeregowy RS232C
Standardowo system ten umożliwia pomiar:
- napięcia DC o wartości od 0 do 70V,
- 4 prądów za pomocą czujników LEM o wyjściowym sygnale napięciowym ±4V,
- 2 temperatur za pomocą 2 czujników temperaturowych,
- 7 sygnałów cyfrowych dwustanowych,
- 7 sygnałów cyfrowych dwustanowych,
- 2 sygnałów analogowych 0-5V.

Ponadto opcjonalnie po zainstalowaniu panelu MMIB3 możliwy jest dodatkowy pomiar: 12 sygnałów cyfrowych dwustanowych, 8 sygnałów analogowych 0-5V.

• MSS 0 - jest uniwersalnym sterownikiem do Monitoringu Obiektów, a w szczególności ze względu na swoje bardzo małe wymiary - szaf dostępowych.
  Umożliwia on ciągły i pełny nadzór nad urządzeniami eksploatowanymi w danym obiekcie, informując Centrum Nadzoru o wystąpieniu zakłóceń w pracy urządzeń oraz o powrocie do normalnego stanu.  Możliwość komunikacji od strony Centrum do urządzenia, w celu sprawdzenia stanu obiektu. Automatyczne zgłaszanie do Centrum Nadzoru stanów alarmowych oraz powrotu do normalnej pracy urządzeń monitorowanych. Możliwość ustawiania poziomów alarmowych dla pomiarów analogowych. Wysoka dokładność pomiarów wielkości analogowych. Łatwość konfiguracji sterownika poprzez złącze RS 232C.

Znamionowe napięcie zasilania	38 ÷ 65V DC
Pobór mocy	3W
Wejścia cyfrowe (dwustanowe)	12 sygnałów
Pomiarowe sygnały analogowe	8 sygnałów 2 pomiary prądu 1 pomiar asymetrii baterii 1 pomiar temperatury 4 pomiary napięcia
Wyjścia sterujące	1 sygnał
Protokół transmisji modemu	V.22 bis
Dokładność pomiarów	±0,5%
Temperatura pracy	od -20°C ÷ +70°C
Łącze transmisji danych	komutowane

• MSS 1  Uniwersalny sterownik do monitoringu obiektów. Ze względu na swe bardzo małe wymiary jest szczególnie przydatny do kontroli pracy szaf dostępowych. Umożliwia pomiar oraz wyświetlenie napięcia na wyjściu siłowni, pomiar oraz naprzemienne wyświetlanie prądu odbioru i sumarycznego prądu baterii, korekcje napięcia w zależności od temperatury otoczenia (TWK), pomiar temperatury, wymuszanie trybu pracy buforowej z ustawianiem napięcia ładowania buforowego, wymuszanie trybu pracy ładowania samoczynnego z ustawialnym napięciem ładowania samoczynnego, kompensację temperaturowa napięcia ładowania baterii, sterowanie stycznikiem odłączania baterii, ustawianie progów wyjściowego napięcia niskiego i wysokiego oraz blokowanie prostowników, nastawianie progu ograniczania prądowego prostowników, realizację równomiernego rozpływu prądów wyjściowych każdego prostownika, kontrola zadziałania bezpiecznika odbioru lub baterii, wizualizacja alarmowania, wysyłanie na zewnątrz alarmu pilnego nie pilnego i sieci. Porozbudowaniu o dodatkowy panel istnieje możliwość:
  - nadzorowania siłowni poprzez linię telefoniczną i modem oraz monitorowanie sygnałów zewnętrznych (standardowo 24, z możliwością rozbudowy o kolejne 8)
  - monitorowania innych wielkości nieelektrycznych, np. temperatury.

• MSS1 02 - kolejny uniwersalny sterownik do monitoringu z rodziny MSS1. Posiada 32 wejścia 0-5V konfigurowane jako: wejścia cyfrowe - stan wysoki, wejścia cyfrowe - stan niski, wejścia analogowe - ustawialny próg niski i wysoki. Każde z wejść może być skonfigurowane jako informacja (brak alarmowania centrum nadzoru przy zmianach stanu).

• MSS1 03 - jest przeznaczony do stałego i zdalnego nadzorowania, w czasie rzeczywistym, urządzeń zainstalowanych w obiekcie. Jego zadaniem jest transmisja do Centrum Nadzoru informacji o pracy nadzorowanych urządzeń. Może on nadzorować stan pomieszczeń, w których znajduj± się centrala telefoniczna siłownia telekomunikacyjna, bateria akumulatorów, klimatyzacja, centralka p.poż. Jest wyposażony w modem, który umożliwia komunikację z Centrum Nadzoru. MSS1-03 umożliwia nadzorowanie parametrów również tych urządzeń, które nie są wyposażone w lokalny sterownik współpracujący z Centrum Nadzoru. Sterownik obiektowy MSS1-03 umożliwia nadzór oraz pomiar następujących parametrów:

• pomiar 4 napięć różnicowych w zakresie 0-70VDC,

• pomiar lub kontrola 16 sygnałów zewnętrznych,

• dowolnie konfigurowalnych analogowych lub dwustanowych sygnałów
  w standardzie 0-5V

• Interpretacja warto¶ci zmierzonego napięcia jest zależna od ustawionej konfiguracji. 
  Może to być:
  - wejście dwustanowe o wysokim stanie aktywnym, 
  - wejście dwustanowe o niskim stanie aktywnym,
  - wejście analogowe z kontrolą progu wysokiego i niskiego

• możliwość rozszerzenia do 32 konfigurowalnych analogowych lub dwustanowych sygnałów, 

• wykrywanie alarmu bezpiecznika bateryjnego w systemie zasilającym,

 

napięcie zasilania:	48VDC (40-65V)
pobór mocy	<10W
ilość wejść pomiarowych napięcia 0-70VDC:	4
ilość wejść sygn. pomiarowych lub dwustanowych na poziomie 0-5V:	16 (z możliwością rozszerzenia do32)
liczba wejść pomiaru prądu	3
liczba wejść czujników temperatury i wilgotności	1
dokładność pomiaru napięcia	±2%
dokładność pomiaru prądu	±2%
dokładność pomiaru temperatury	±2%
ł±cze transmisji danych	komutowane
zakres temperatury pracy	-30st.C do + 65st.C

• MSS2 - Sterownik, do zdalnego nadzoru urządzeń w miejscach, gdzie istnieje jedynie sieć logiczna, a brak dostępu do sieci komutowanej (telefonicznej). Podstawowe cechy to współpraca z programem Centrum Nadzoru WinCN za pomocą sieci logicznej typu 10BASE-T/100BASE-TX Ethernet, nadzór i kontrola do 3 urządzeń za pomocą łącza RS232/485, pełna konfiguracja z poziomu komputera PC (notebook) za pomocą złącza serwisowego RS232. Właściwości sterownika MSS2 można rozszerzyć. Po jego rozszerzeniu jego parametry mogą wyglądać następująco: nadzór i kontrola do 28 urządzeń za pomocą RS232/485, kontrola 8 wejść analogowych, 16 wejść/wyjść cyfrowych, rozszerzenie ilości wejść/wyjść cyfrowych o 24/48/96, rozszerzenie ilości wejść analogowych o 8/16/32, możliwość dołączenia dodatkowej obudowy z maksymalnie 96 wejściami/wyjściami cyfrowymi i 32 wejściami analogowymi, możliwość konfiguracji poszczególnych wejść i wyjść cyfrowych, możliwość wizualizacji stanu każdego wejścia/wyjścia cyfrowego, współpraca z programem Centrum Nadzoru WinCN poprzez łącze komutowane (modem), istnieje możliwość dalszego rozszerzenia funkcjonalności sterownika w zależności od specyficznych potrzeb klienta.

Zasilanie	48V 1,5A
Temperatura pracy	0^o C ÷ 60^o C

• MCSU - Sterownik do monitorowania  i nadzoru pracą całego systemu zasilania oraz do komunikacji z otoczeniem, stanowi integralną część siłowni.
  
  

Do nadzoru parametrów baterii - akumulatorów firma Telzas oferuje interfejs współpracujący ze sterownikiem SMO lub MCSU o nazwie SMB. System Monitoringu Baterii (SMB) jest narzędziem przeznaczonym do oceny stanu baterii akumulatorów podczas eksploatacji. Dzięki temu sterownikowi można obserwować parametry baterii podczas normalnych warunków eksploatacyjnych systemu zasilającego, wykonywania automatycznego testu dyspozycyjności baterii (TDB), rozładowywania baterii podczas zaniku sieci  elektroenergetycznej, kontrolnego rozładowania i ładowania baterii wydzielonej  z systemu zasilania. Wykorzystując oprogramowanie WinCN, możemy w sposób ciągły obserwować np. napięcia na poszczególnych ogniwach, aktualne prądy w poszczególnych gałęziach z baterii, zapisywać na twardym dysku komputera itp. W celu lepszego zobrazowania wyniku pomiarów poszczególnych parametrów mogą być przedstawiane w postaci graficznej, tabel, wykresów itp. 

System Monitoringu Baterii składa się z:
 - interfejsu monitoringu ogniw baterii SMB,
 - sterownika SMO (do pracy samodzielnej) lub sterownika MCSU (do współpracy 
   z większością siłowni produkowanych przez Telzas  
 - komputera PC z zainstalowanym programem nadzoru WinCN
 - osprzętu do podłączenia i okablowania poszczególnych ogniw baterii

Interfejs SMB może również prac samodzielnie bez konieczności współpracy z siłownią - wówczas rolę sterownika pełni SMO. Dzięki możliwościom kontrolera MCSU możemy zdalnie za pomocą jednostki PC i programu WinCN nadzorować w sposób ciągły napięcia ogniw baterii, kontrolować ich parametry w czasie rozładowania, zapisywać na twardym dysku komputera i wyświetlać w różnych postaciach graficznych w celu lepszego zobrazowania stanu baterii. Interfejs SMB wykonany jest w postaci płaskiej obudowy zawierającej 1 lub 2 płytki multipleksera. Każda płytka multipleksera umożliwia monitorowanie do 24 ogniw lub monobloków o napięciu znamionowym 2V, 4V, 6V, 12V. Do kontrolera MCSU można podłączyć maksymalnie 4 płytki multipleksera połączone szeregowo. Jedna obudowa interfejsu SMB zawiera maksymalnie 2 płytki multipleksera. Do MCSU można podłączyć 2 interfejsy SMB. Jeśli monitorujemy 4V, 6V lub 12V monobloki, wówczas więcej niż jedna bateria może być monitorowana przez jedną płytkę multipleksera. Jedna płytka multipleksera może monitorować 2 baterie 24V zbudowane z ogniw 2V. Napięcie dowolnego ogniwa dowolnej baterii można odczytać z wyświetlacza MCSU w dowolnym czasie. Wartość tego napięcia jest wyświetlana z dokładnością do 5mV razem z numerem ogniwa, numerem baterii i procentową odchyłką napięcia danego ogniwa od wartości średniej dla wszystkich ogniw. Za pośrednictwem komputera PC i programu WinCN można wyświetlać napięcia ogniw w czasie rzeczywistym jak również przechowywane na twardym dysku zapisywane cyklicznie w czasie ostatniego rozładowania baterii. Program WinCN umożliwia również graficzne przedstawienie stanu ogniw baterii w czasie ostatniego rozładowania w postaci wykresów napięć zarówno całej baterii jak i poszczególnych ogniw w funkcji czasu.

Maks. ilość monitorowanych ogniw monobloków  dla jednego obwodu bateryjnego	24 szt.
Maksymalne napięcie baterii	75VDC
Napięcie znamionowe ogniwa lub monobloku	2V (wej. max. 3,33V)
	4V (wej.max. 6,66V)
	6V (wej. max.10V)
	12V (wej. max.20V)
Dokładność pomiaru napięcia ogniwa lub monobloku	<± 0,5%
Rozdzielczość	5mV/ogn. (2V,4V, 6V)
	10mV/ogn. (12V)
Częstotliwość zapisu pomiarów w czasie rozł. baterii	1 -99 min.
Napięcia zasilania płytki multipleksera (z MCSU)	± 15VDC
Długość przewodów do podłączenia ogniw	10m
Długość przewodu do podłączenia kontrolera MCSU	3 m (max. 10m)

Medcom

Firma Medcom oferuje system SCANER-E przeznaczony jest do zdalnego nadzoru i rejestracji stanów w złożonych i rozproszonych systemach zasilania napięciem gwarantowanym. Dotyczy to różnego rodzaju rozdzielni napięć stałych - 24, 48, 110 i 220 V oraz napięć przemiennych 220V stosowanych w energetyce zawodowej i przemyśle. Monitorowane są i na bieżąco prezentowane stany urządzeń rozdzielni, prostowników i falowników. Mierzone są prądy, napięcia oraz stan naładowania i temperatura baterii. Dane pomiarowe przekazywane są bezpośrednio przez zasilacze buforowe firmy MEDCOM lub za pośrednictwem RPB-3 w przypadku zasilaczy i falowników innych producentów. Struktura systemu ma charakter rozproszony, dzięki czemu jest łatwy do skonfigurowania zgodnie z fizycznym rozmieszczeniem rozdzielni. Koncentratory danych mogą wykorzystywać różne media transmisyjne, zapewniające pewną komunikację również w warunkach silnych przemysłowych zakłóceń elektromagnetycznych. Architektura systemu SCANER-E oparta jest o komputery typu IBM PC, system operacyjny Windows NT oraz oprogramowanie FIX 32 firmy Intellution. W konfiguracji minimalnej systemu SCANER-E, komputer typu IBM PC spełnia równocześnie rolę serwera zbierającego i archiwizującej dane oraz konsoli operatorskiej wizualizującej proces technologiczny. Do systemu można dołączać urządzenia stosujące różne standardy transmisji danych, począwszy od RS-232 (protokoły Modbus, DNP3, inne), a skończywszy na sieciach lokalnych o prędkości transmisji do 100Mb/s. Obsługiwanych może być kilkaset typów urządzeń poprzez sterowniki firmy Intellution. W przypadku nietypowych urządzeń mogą być dopisane własne sterowniki. W konfiguracji rozszerzonej systemu SCANER-E rolę konsoli operatorskiej pełni jeden lub kilka komputerów PC połączonych z serwerem pomiarowym siecią lokalną zakładową lub dedykowaną. W większych systemach może być więcej serwerów FIX. W przypadku wymagania dużej niezawodności serwery mogą być dublowane. W przypadku awarii jednego z nich, drugi może przejąć jego funkcje. Dane zbierane przez system SCANER-E mogą być przedstawiane w formie :

• danych liczbowych prezentujących aktualne wartości napięcia, prądu, temperatury, ładunku

• informacji tekstowych o aktualnych alarmach

• wykresów aktualnych

• wykresów historycznych

• tablic synoptycznych pokazujących zbiorcze informacje o stanie systemu

BPS

Firma BPS w odróżnieniu do poprzednich firm oferuje tylko oprogramowanie a nie całe systemy monitoringu i nadzoru. Program ten przeznaczony jest tylko do produktów firmy Powerware. Obecnie ze względu na bezpieczeństwo chronionych przez UPS'y systemów komputerowych o strategicznym dla firm znaczeniu, zwiększa się wymagania co do niezawodności zasilaczy. Dlatego integralną częścią systemu zasilającego jest oprogramowanie do zarządzania i monitorowania jego pracy. Oprogramowanie to spełnia podstawowe funkcje. Automatycznie i sekwencyjnie zamyka całą sieć komputerową lub pojedynczy komputer w przypadku braku zasilania i braku zdolności systemu do dalszego podtrzymywania prawidłowej pracy systemu komputerowego (wyczerpanie energii zmagazynowanej w bateriach), zarządza i monitoruje pracą zasilaczy w systemie zasilania, monitoruje i analizuje parametry pracy UPS-a. W przypadku zagrożenia wyłączeniem zasilania komputerów oprogramowanie automatycznie zamyka aktualnie używane aplikacje i systemy operacyjne komputerów pracujących indywidualnie lub w sieci w sposób sekwencyjny, gwarantujący bezpieczne wyłączanie poszczególnych urządzeń we właściwym porządku z zapamiętywaniem wszystkich danych w pamięciach przed wyłączeniem zasilania. Podstawowe oprogramowanie monitorujące pozwala na zobrazowanie na ekranie komputera parametrów pracy zasilacza bez konieczności fizycznej kontroli UPS-a. Istotne jest to wówczas gdy zasilacz jest oddalony od stanowiska administratora. Jako jedną z opcji wyposażenia dodatkowego proponuje się specjalne oprogramowanie monitorujące wykorzystywane do nadzoru krytycznych systemów strategicznych. Posiada ono wiele funkcji konfigurowania i analizowania co pozwala na minimalizację interwencji serwisowych.

LanSafe III - program do automatycznego i sekwencyjnego zamykania całej sieci, gwarantujący ciągłość zasilania poszczególnych urządzeń do chwili zakończenia transmisji danych oraz ciągłość zasilania serwera do momentu zakończenia zapisu danych na dyskach twardych. Zawarty rejestr zdarzeń z historii pracy zasilacza i jego baterii pozwala uzyskiwać informacje o aktualnym stanie i przeszłych stanach pracy UPS-a. LanSafe III współpracuje ze wszystkimi zasilaczami Powerware poza serią PW9315 oraz z większością, spotykanych na rynku, systemów operacyjnych. Niezależnie od platformy, na której jest zainstalowany, jego interfejs graficzny i obsługa są identyczne. W przypadku podłączenia do zasilacza komputera nie pracującego w środowisku sieciowym, wykorzystywana jest jednostanowiskowa wersja programu - FailSafe III realizujaca ten sam zakres funkcji.

OnliNet V4 - grupa trzech programów, która wykorzystując protokół SNMP w sposób automatyczny i sekwencyjny zamyka sieciowe systemy operacyjne, jak również monitoruje pracę UPS-a.

OnliNet V4 Lite to program do zamykania systemów operacyjnych dla pojedynczych systemów biurkowych. Jest on używany w miejscach gdzie nie jest wymagane szczegółowe monitorowanie pracy zasilacza i zamykanie aplikacji na zasadzie klient/serwer.

OnliNet V4 Centro to program zarządzający zamknięcie sieci komputerowej zarówno przez interfejs szeregowy RS 232 jak i przy wykorzystaniu adaptera SNMP - Connect UPS. Może on zarządzać pracą pojedynczego serwera, stacji roboczych lub grupy komputerów (struktura klient/serwer).

OnliNet V4 Vista to program monitorowania podstawowego zainstalowany zazwyczaj na terminalu administratora sieci. Służy do kontrolowania pracy UPS-ów współpracujących z oprogramowaniem OnliNet Lite lub OnliNet Centro.

PowerVision - zaawansowany program do monitorowania pracy zasilaczy PW9150, PW9305 oraz PW9315, bazujący na strukturze klient/serwer. Oprogramowanie to jest w stanie monitorować pracę do 256 UPS-ów. Komunikacja z UPS-ami odbywa się za pośrednictwem protokołu SNMP. PoweVision stanowi kompletne narzędzie do graficznego i analitycznego monitorowania pracy zasilaczy w sieci. Daje kilka opcji gromadzenia danych, jak również poprzez obserwacje tendencji zmian poszczególnych parametrów jest w stanie prognozować trendy ich zmian w przyszłości.

Współczesny zasilacz UPS musi się charakteryzować wysoka jakością przetwarzania energii, dużą odpornością na zakłócenia sieciowe oraz, co nie mniej ważne, powinien być wyposażony w odpowiednie narzędzia służące do kompleksowej obsługi sieci komputerowych. Oprogramowanie powinno spełniać trzy funkcje: informacyjna (zarządzanie systemem zasilania), diagnostyczna i, najważniejsze, zabezpieczającą.

Długotrwała awaria napięcia sieci zewnętrznej prowadzi zawsze do wyczerpania baterii i w końcu do wyłączenia zasilacza. Duża rozległość systemów komputerowych oraz skomplikowanie toczących się w nich procesów utrudnia, a czasem uniemożliwia ręczne sterowanie zapamiętywaniem danych, zamykaniem aplikacji i zamykaniem sieci.

Tradycyjne podejście do zabezpieczania sieci komputerowych dostępne dla wielu występujących na rynku systemów zasilania, oparte na zamykaniu tylko serwera jest w zdecydowanej większości przypadków niewystarczające. Współczesne sieci wyposażone w inteligentne stacje robocze i urządzenia komunikacyjne wymagają zamykania sekwencyjnego, obejmującego cala siec komputerowa.

Jeżeli w wyniku zaniku napięcia sieci zewnętrznej jako pierwszy zostanie zamknięty i wyłączony serwer lub urządzenie komunikacyjne, zniszczone zostaną wszystkie dane obrabiane aktualnie przez stacje robocza lub transmitowane ze stacji do serwera. W związku z tym bezwzględna koniecznością jest objecie systemem zabezpieczeń całej sieci komputerowej, gwarantujące utrzymanie ciągłości zasilania urządzeń komunikacyjnych do chwili zakończenia transmisji danych oraz ciągłości zasilania serwera do chwili zakończenia zapisu danych na dyskach twardych.

Programem, który traktuje siec komputerowa jako całość, zapewniając sekwencyjne i uporządkowane zamkniecie jej wszystkich elementów jest LanSafe III - program zarządzający systemem zasilania, dołączany jako wyposażenie standardowe do zasilaczy produkowanych przez Powerware. Program jest dostępny dla zdecydowanej większości systemów operacyjnych.

Jeżeli brak napięcia sieci zewnętrznej trwa dłużej niż ustawiony czas pracy autonomicznej zasilacza, LanSafe III rozpoczyna procedurę zamykania sieci. W pierwszej kolejności na stacjach roboczych wymuszane jest przesłanie zawartości pamięci RAM (pamięci cache) do serwera po czym stacje są zamykane. Po przetransmitowaniu wszystkich danych zamykane są urządzenia komunikacyjne. Na końcu, po zapisaniu wszystkich danych na dyskach twardych, zamykane są serwery po czym następuje wyłączenie zasilacza.

Oprócz funkcji automatycznego, sekwencyjnego zamykania sieci komputerowej, LanSafe III umożliwia zdalne i lokalne testowanie dowolnego zasilacza pracującego w sieci, pozwala na uzyskanie informacji dotyczącej aktualnego stanu i historii pracy dowolnego zasilacza współpracującego z komputerami połączonymi w siec. Możliwe jest zamykanie dowolnego komputera lub grupy komputerów w sieci. Program zawiera także niezbędne mechanizmy ochrony przed niepowołanym uaktywnieniem funkcji sterujących.

---