CC BY
119
УДК 621.39
Методы увеличения коэффициента готовности в системах бесперебойного электропитания
С.А. Шляхтин, Т.С. Аббасова
Рассмотрены технологии, позволяющие увеличить коэффициент готовности систем бесперебойного электропитания, являющийся основным показателем надежности.
Considered technologies, allowing enlarge the factor to readiness of the systems of the steady power supply, being leading indexes to reliability.
При разработке стратегии защиты от отказов компьютерной системы необходимо сначала разработать мероприятия, препятствующие возникновению внештатной ситуации и увеличивающие надежность системы и ее составных элементов, а затем предусмотреть несколько вариантов резервирования.
Для электрических сетей общего назначения Российской Федерации характерно низкое качество электрической энергии - отключения, высокочастотный шум, отклонения частоты, провалы напряжения и др. Согласно заключению Государственного центра метрологического обеспечения в области электромагнитной совместимости (ГЦМО ЭМС), требования ГОСТа 13109-87 к показателям качества электрической энергии энергоснабжаю-щими и энергораспределяющими организациями, как правило, не выполняются. Кроме того, требования зачастую недостаточно высоки в отношении современного телекоммуникационного оборудования.
В этих условиях установка источников бесперебойного питания (ИБП) является необходимой предпосылкой обеспечения устойчивой работы компьютерного и телекоммуникационного оборудования.
Мощные структуры ИБП являются основой построения систем гарантированного энергоснабжения и обеспечивают качественную работу подключенной к ним нагрузки как в штатном режиме (при наличии электропитания на входе), так и в автономном режиме (при отключении входной сети электропитания) за счет энергии, накопленной в аккумуляторных батареях.
Основной показатель надежности - коэффициент готовности ^г=Г0/(Г0+Гв)), где Т0 - время безотказной работы; Тв - время простоя.
Повысить коэффициент готовности можно следующими способами.
1. Повышение времени безотказной работы Т0, производится:
за счет выбора отказоустойчивых сетевых компонентов ведущих фирм-производителей (например, Cisco) и ИБП соответствующей архитектуры (EATON, IPPON, APC) и использование ИБП с резервированием;
оптимизации алгоритма работы системы бесперебойного электропитания за счет использования технологии по увеличению жизненного цикла аккумуляторных батарей, замена в «горячем» режиме элементов ИБП, а также применение технологии определения предотказового состояния.
2. Снижение времени простоя системы Тв, в течение которого проводятся восстановительные работы, достигается внедрением системы удаленного мониторинга сетевых элементов, включая ИБП, и за счет прогнозирования отказов, когда в автоматическом режиме формируется оповещение о предотказном состоянии.
Для уменьшения значения Тв мониторинг может производиться локально на каждом компьютере или удаленно с центрального пункта. При появлении каких-либо проблем соответствующий инструмент должен немедленно оповестить администратора по электронной почте посредством сообщения по сети или с помощью SMS - и тогда в идеальном случае к устранению проблемы приступят еще до того, как на «горячую линию» поступят первые звонки пользователей.
Далее необходимо провести ряд стандартных, заранее определенных мероприятий, например перезагрузку всех служб, - в данной ситуации восстановление после ошибок может производиться автоматически, без вмешательства и самостоятельных действий администратора.
Электротехнические комплексы и системы
Для системного мониторинга, служащего для оповещения в автоматическом режиме об отказе узла или самой системы, необходима установка соответствующего программного и аппаратного обеспечения. Предлагаемое решение: коммутатор управления электросети IPM-8001, администратор получает возможность удаленного мониторинга и управления электропитанием подключенных устройств и контроля состояния помещения или серверной комнаты.
На каждом рабочем месте установлен ИБП, производящий постоянный контроль за параметрами электрической сети: напряжением и частотой. В случае сбоя в электросети ИБП переходит в режим работы от батареи и компьютер посылает сигнал о сбое в электросети на коммутатор IPM-8001. Последний, в свою очередь, формирует сигнал о корректном завершении работы компьютера. Схема подключения коммутатора приведена нарис. 1.
При подключении внешних датчиков через устройство экологического контроля IPM-EMD (Environmental Monitoring Device) коммутатор IPM-8001 может контролировать состояние температуры и влажности помещения. Он обеспечивает защищенный канал удаленной связи администратора и устройств управления. Все действия по мониторингу и управлению выполняются дистанционно из центра сетевого управления.
Выбранный коммутатор содержит восемь портов с выходом 220В; каждый из которых контролируется и управляется отдельно, консольный порт для подключения дополнительных контрольных блоков (IPM-EMD) температуры и влажности с функцией подачи сигнала тревоги, оборудова-ный двумя цифровыми выходами для подключения внешней индикации контроля состояния или цифровых регистраторов. Управление питанием
Рис. 1. Подключение коммутатора управления электросети IPM-SGGl
устройств обеспечивается локально или удаленно через WEB/telnet-интерфейс. Локально состояние питания подключенных устройств контролируются через семисегментные индикаторы. Таким образом реализуется возможность локального и удаленного управления.
Как правило, ИБП эксплуатируется совместно с аккумуляторной батареей. При пропадании напряжения в сети или выходе параметров сети за допустимые пределы ИБП, защищая ответственную нагрузку, немедленно переходит на питание от батареи [1-3].
Время простоя аккумуляторных батарей часто составляет весомую часть от времени простоя ИБП, поэтому продление жизни этих батарей серьезно снижает Тв.
Известно, что в аккумуляторной батарее постоянно протекают процессы саморазряда. Для их компенсации ИБП осуществляют непрерывный подзаряд батареи малым током. Постоянно проходящий через батарею слабый ток вызывает изменения химического состава активных веществ, коррозию решетки и осыпание активных масс положительных пластин. Эти явления уменьшают реальное время батарейной поддержки и, в конечном счете, сокращают срок службы батареи.
В ИБП Powerware применяется передовая технология управления батареями ABM (Advanced Battery Management). При использовании ABM вместо постоянной подзарядки слабым током ИБП Powerware следит за уровнем заряда батареи и заряжает ее только тогда, когда это необходимо:
если напряжение на элементе опускается ниже заранее установленного уровня;
если с момента прошлого подзаряда прошло 18 дней;
если ИБП был отключен от питающей сети. Такой метод продлевает срок службы батареи до 50%, так как при его применении износ пластин существенно меньше, чем у традиционных ИБП с буферным включением аккумуляторных батарей.
ИБП с технологией ABM заранее (за 60 дней) извещает пользователя об окончании срока жизни батарей. Это дает достаточно времени для их замены, причем замену батарей можно произвести в «горячем» режиме, т.е. совсем не отключая подсоединенное оборудование.
На рис. 2 показан заряд батареи по технологии АВМ, буквами обозначены следующие этапы.
■ ■ ■ я. м ■
1 1
1 1 ♦
1
■
Рис. 3. Система автоматической регулировки напряжения
Этап а - после инициализации устанавливается опорное напряжение заряда батареи. Зарядное устройство, работающее с ограничением тока, заряжает батарею до тех пор, пока она не прекратит потреблять энергию.
Этап б - с момента полного заряда батареи зарядное устройство снижает подаваемое к аккумулятору напряжение до уровня компенсационного подзаряда. И компенсационный подзаряд продолжается еще 48 ч.
Этап в - строго через 48 чот начала компенсационного заряда заряд батареи прекращается. Наступает период покоя, длящийся 18 дней. Период покоя может быть прерван, если напряжение батареи снизится до аварийного уровня. За время покоя емкость батареи снижается не более чем на 2-3%, что практически не влияет на время батарейной поддержки (время резервирования).
Таким образом, не только увеличивается срок работы батареи, но и снижается время простоя за счет извещения пользователя об окончании срока жизни батарей.
Источник бесперебойного питания, оснащенный системой автоматического регулирования напряжения (АРН), позволяет корректировать (повышать или понижать) входное напряжение, получаемое из электросети, не переходя на питание от батареи. Таким образом, продлевается срок аккумуляторных батарей, а следовательно, понижается Тв (рис. 3). На рис. 3 буквами обозначены следующие этапы:
Этап а - входное напряжение отсутствует, ИБП работает от аккумуляторных батарей, обеспечивая на выходе 220 В.
Этап б - в сети наблюдается пониженное напряжение, ИБП переходит в обычный режим и включается система АРН, которая повышает напряжение.
Этап в - при стабилизации входного напряжения система АРН отключается, ИБП работает в обычном режиме.
Этап г - в сети наблюдается повышенное напряжение, включается система АРН, которая понижает напряжение.
Этап д — обходное напряжение ИБП равно 265 В. В сети наблюдается повышенное напряжение (>265 В), ИБП переходит на АКБ.
Таким образом, при применении технологии ABM и АРН достигается снижение Тв.
• Рассмотренные технологии позволяют увеличить основной показатель надежности работы системы - коэффициент готовности, что достигается повышением Т0 и понижением Тв, а также использованием ИБП с автоматической регулировкой напряжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьев A.A. Качество и надежность электроснабжения. - Журнал сетевых решений LAN, 2003, №9.
2. Лопухин A.A. Источники бесперебойного питания без секретов. - М.: АиТ Системы, 2002.
3. Лаврус В. С. Источники Энергии. - Наука и техника, 1997.
Поступила 20. 09. 2007 г.
