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u p s 监控软件系统设计与实现 摘要 现今计算机技术迅速发展，已经广泛应用到社会各个行业，尤其是第三代互 联网技术迅猛发展，极大提高了人们日常生活的效率。计算机稳定运转以及可靠 的网络环境是我们日益追求的。 机房的物理安全会直接影响到网络的正常运行，其中一个突出的问题就是电 源安全，众所周知，中心机房用电需要保持不问断性。许多设备不能突然间断电， 在设备突然断电的情况下，造成系统瘫痪，硬件损坏的事情时有发生。所以众多 机房纷纷采用u n i n t e r r u p t i b l ep o w e rs y s t e m ( u p s ，不间断电源) ，拥有u p s 可以使用电设备在市电发生异常情况下免于遭受突然断电的危险，并全面改善用 电质量，设备的用电安全得到极大的保证，但是u p s 电量有限，若停电超过一定 时间而用户没有及时处理，设备同样会突然断电；使用寿命到期，同样存在故障 隐患。 所以监控u p s 的软件是非常必要的，它可以配合管理人员更好的管理和维护 u p s 设备，掌握设备的容量、性能、故障等情况。此外及时的将u p s 异常情况通 知给管理人员也是非常重要的，因此需要监控软件有报警的功能，将断电、电量 过低、u p s 温度过高等异常情况通知给管理人员，使u p s 的作用发挥到最大，将 安全隐患降到最低。 本文对u p s 通信技术以及短信技术进行了全面阐述，调查研究了目前的国内 外u p s 监控技术，对各种监控系统组成方式、所存在的问题以及解决这些问题的 方法进行了较为深入的探讨。利用v b 6 0 软件平台，开发实现u p s 监控系统，对 设备的状态，容量等情况进行监控，并能通过日志记录，邮件和短信发送日志的 形式将u p s 异常状况通知给管理员，提高了u p s 设备运行和管理效率，降低了管 理成本，进一步增强了设备系统整体的稳定性和可靠性。 关键词：用电安全；u p s 监控；短信报警；r s 一2 3 2 u p sm o nit o ra n dc o n tr ol a b s t r a c t t h ei n t e r n e ti sd e v e l o p i n gv e r yf a s ta tp r e s e n ta n di t i sw i d e l y a p p l i e dt oa l m o s ta l li n d u s t r i e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f3 g i n t e r n e t t e c h n o l o g y ，p e o p l e sd a ii yw o r ke f f i c i e n c yh a sb e e ng r e a t l yi m p r o v e d w ea r ei n c r e a s i n g l yp u r s u i n gas t a b l en e t w o r k t h ep h y s i c a ls a f e t yo ft h em a c h i n er o o mw illd i r e c t l yi n f l u e n c et h e f u n c t i o ns t a b ili t yo ft h en e t w o r k a sy o uk n o w ，o n eo ft h ei m p o r t a n t p r o b l e m si sa b o u tt h ep o w e rs u p p l y s ot h ec o n t i n u o u sp o w e rs u p p l yi sv e r y i m p o r t a n tt ot h en e t w o r kc e n t e r m a n yt y p e so fe q u i p m e n tc a n ta f f o r d t h ea b r u p ts t o po ft h ep o w e rs u p p l y ，s ou p si sc o m m o n l yu s e di nm a n ym a c h i n e r o o m s i tc a na v o i dt h ep o s s i b i l i t yo ft h ea b r u p ts t o po ft h ep o w e rs u p p l y a n dp r o t e c ty o u re q u i p m e n t t h eu p sc a na l s oc o m p r e h e n s i v e l yi m p r o v et h e q u a l i t yo fp o w e rs u p p l y b u tt h ep o w e rs u p p l yo ft h eu p si sv e r yl i m i t e d ， s ow h e nt h eu p si ss h o r to fp o w e r ，t h ec o m p u t e rs y s t e mw i l lp r o b a b l yb e s h u td o w n u p s - m o n i t o rs o f t w a r ei sv e r yn e c e s s a r yt ot h es t a b l ep e r f o r m a n c eo f u p s g o o ds o f t w a r ec a ne n h a n c et h em a n a g e m e n to ft h eu p s ，a n da ls oc a n m a k et h ea d m i n i s t r a t o r sg e tt h ed e t a i l e di n f o r m a t i o no ft h ev o l u m e ， p e r f o r m a n c ea n dt h ep o t e n t i a lp r o b l e m s a n da tt h es a m et i m e ，t h et i m e l y r e p o r ti sa l s oi m p o r t a n t ，s ow en e e dt od e v e l o p i t sa l a r mf u n c t i o nt o s a f e g u a r dt h eg o o dp e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r kc e n t e r t h i se s s a yd e a l sw i t ht h eu p sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n ds h o r t m e s s a g et e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ho fp r e s e n tu p sa l a r m i n g t e c h n o l o g y ，t h i se s s a yh a sa f u l ld i s c u s s i o no fa l a r m i n gs y s t e mc o m p o s i n g ， t h ee x i s t i n gp r o b l e m sa n dr e s p e c t i v em e a s u r e s w ew i l ld e v e l o pu p sa l a r m i n gs y s t e mw i t hv b 6 0 t h i ss o f t w a r ec a n m o n i t o rt h ep e r f o r m a n c ea n dv o l u m e o fu p s i ta l s oc a nt r a n s m i tt h e i m p o r t a n ti n f o r m a t i o nt oa d m i n i s t r a t o r st h r o u g hs y s t e ml o g s ，e m a i l sa n d s h o r tm e s s a g e s t h i ss o f t w a r e e n h a n c e st h ep e r f o r m a n c es t a b i l i t ya n d m a n a g e m e n te f f i c i e n c y ，t h e nd e c r e a s e st h em a n a g e m e n tc o s t i tw i l l f u r t h e rs t r e n g t h e nt h es t a b ili t ya n dr e li a b ili t yo ft h ew h o l es y s t e m k e y w o r d s ：p o w e rs u p p l ys e c u r i t y ：u p sm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l ：a l a r m i n g ： r s - 2 3 2 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 玉洼! 翅塑直基熊叠垂挂型童明丝! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：沥兹签字嗍2 司钆月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 雩汤礞 新擀劾基k 签字日期：砂石净p 月- 7 日 签字日期：年月日 u p s 监控软件系统设计与实现 一i 前言 1 1 课题来源 当今时代，计算机技术迅速发展，已被广泛应用到电力、通信、银行、化工、军 事等各行各业。尤其是计算机网络和电信网络有机结合在一起的第三代互联网的兴 起，其必将承担起向国民经济各个重要领域提供3 6 5 天* 2 4 小时的高可靠、高安全度 和高速的信息资源服务( 由于高速光纤传输骨干网的建立，当今网络的传输率已从几 年前的m b s 级提高到了g b s 级) 。 而现代工业的发展使供电网络的负载越来越大，越来越复杂，并且影响正常供电 的原因越来越多，特别是大型用电负载的启动和停止，大型可控电力电子设备的应用 以及网络内部噪声会使交流正弦波发生畸变。另外，自然界的雷电，电网的接地不良 等因素均影响到电网的供电质量。由于以上因素的影响，可能会导致接在电网上的计 算机设备，包括通信、医疗等精密的工业设备发生失控、丢失数据、停机、损坏等严 重后果，直接影响到用户的正常工作，造成经济损失或其他严重事故。如何解决这些 用电问题，正是u p s ( u n i n t e r r u p t i b l ep o w e rs u p p l y 不间断电源供电系统) 的责任所 在。u p s 具有明显的电力保护功能：当市电断电时，它将不问断的向负载继续供电； 在市电不稳定时，可以避免负载遭受欠压、浪涌冲击等危害，并全面的改善用电质量； 当供电系统( 包括u p s ) 故障时，能给负载( 特别是计算机和网络系统) 全面的保护， 并起到过载、短路、电池过放等保护，为负载提供一个稳定的工作环境n 1 。 大量实践表明，u p s 供电系统提供电源的质量高低是影响互联网能否向广大用户 提供高速、可靠、安全的3 6 5 天* 2 4 小时“全天候”的互联网服务的关键因素之一。 因此，适合现代科技发展的高质量和高可靠性u p s 的研究引人关注，并且伴随着u p s 产生的附属产品- u p s 监控软件也成为了人们十分关注的课题。 u p s 的容量和使用寿命都是有限的，如果在u p s 电量耗尽或者使用寿命到期前， 无法把消息及时通知给管理员，那么造成的不良影响也是巨大的。比如在电池的电量 耗尽之前没有将市电断电的消息通知管理员，无法及时关闭各种网络设备，就会导致 正在运行的软件、系统数据丢失或被损坏( 比如s u n 小型机的双机热备，在突然断电 之后无法正常启动的概率非常大，造成的各方面损失是巨大的) ，传输数据中断，严 重的还会损坏到硬件，影响日常工作的正常进行，损失巨大。如果管理员及时采取必 要的保护措施，所挽救的效益是不可估量的。所以有一个好的u p s 远远不够，更需要 u p s 监控软件系统设计与实现 一个监控软件对u p s 进行监控和保养，更大限度的发挥它的作用，并且保护它，延长 使用寿命。 1 2u p s 发展概述 首先了解u p s 的发展历史，最初的u p s 电源是在二十世纪六十年代产生的，是靠 电动机所带飞轮惯性提高输出电源的质量和提供后备供电时间( 一般不超过5 秒) ； 然后出现了以蓄电池组供电给直流电动机带交流电机提供后备电源的供电系统，这种 方式供电效率较低；再后来是靠内燃机提供后备供电的u p s 电源，这种u p s 设备庞 大笨重、操作不够灵活、而且效率低、噪声大。这些都是动态方式的u p s 电源。 随着电力电子学的发展，可实现大功率的电能转换，于是出现了静态u p s ，这种 u p s 具有没有振动、噪音低、体积小、控制灵活、效率高等优点。随着电力电子技术 微电子技术的飞速发展，u p s 技术也正在朝着高频化、绿色化、网络化和智能化的方 向不断的前进，具体表现在： 采用i g b t 、智能功率模块i p m 或i g c t 等作为功率器件，改善了逆变器性能， 如降低噪声、减小体积。 采用如s p w m 调制技术、空间矢量脉宽调制技术( s v p w m ) 、提高电压利用率 的准优化p w m 技术以及用于高压高频的h v s o p w m 技术等。 在主功率部分与控制方式相结合采用软开关技术。软开关技术的应用使变换器具 有更高的效率一自身损耗大大降低，更高的功率密度一自身体积、重量大大减小，以 及更高的可靠性；并可有效地减小电能装置引起的电磁污染( e m i ) 和环境污染( 噪 声等) 。 输入端采用功率因数矫正技术( p f c ) 减小了u p s 对电网的污染并提高了效率。 使用高性能为处理器和信号处理技术控制和监控u p s 运行并进行网络通信。全数 字化易于实现计算机的处理和控制，便于修改策略、修改控制参数，便于故障检测、 自诊断、容错、通信等技术的植入。同时大幅度的减少了元器件的数量，提高了装置 的可靠性。 采用网络化管理，使用户能更方便的、适时的监控u p s 系统的运行。 采用双机或多机并联冗余技术组成u p s 系统，大大提高了可靠性。 2 u p s 监控软件系统设计与实现 1 3 u p s 分类 现代u p s 的型号、品种很多，工作方式也各不完全相同，大体上可以分为三大类： 在线式、后备式和三端口方式位1 。 1 3 1 在线式u p s 一接地 图1 1在线式u p s 理论框架 图1 1 为在线式u p s 的原理框图。在线式u p s 无论市电是否正常，其功率流程都 是“市电一e m i ( e l e c t r om a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ) 滤波趟流滤波( 掉电时为电 池卜+ 逆变釉静态开关删出。只有当逆变器发生故障或过负荷时，才通过静 态转换开关切换到市电旁路，其功率流程是“市一e m i 滤”静态开挣输出”。 有的用户还备有柴油发电机，可以在市电停电5 至1 0 秒之内投入到u p s 电源的输入 端，可以在长时间停电的情况下向用户提供高质量的正弦波电源。图1 1 只是在线式 u p s 的大体框架，又集中不同的设计；有的u p s 将充电气部分和整流滤波部分设计成 一个单元，即为逆变器供负载电流，又为电池充电；有的u p s 将进入逆变器的直流电 进行d c d c 变换，升压后再经逆变器变成要得到的2 2 0 v 交流电；有的u p s 则在逆变 器后加工频变压器将输出交流电压升到2 2 0 v 。、 1 3 2 后备式u p s 后备式u p s 的原理结构和在线式基本一样，但工作方式不一样。市电电压在1 7 0 至2 6 4 v 的范围内时，它向用户提供经变压器抽头调压处理的一般市电电源，仅当市 电电压低于1 7 0 v 或高于2 6 4 v 时，才向用户提供真正的逆变器输出的高质量的正弦波 电源。还有一种逆变器输出是方波的后备式u p s ，这种电源不允许用户使用电感性负 u p s 监控软件系统设计与实现 载。 1 3 3 三端口u p s 三端口u p s 如图1 2 所示，它的结构与在线式和后备式不同。市电正常时，市电 经滤波稳压后通过三端口转换开关( 有的是三端口变压器) 分别给输出和双向变换器， 双向变换器整流给电池充电：当市电断电时，双向变换器逆变经三端口转换开关给负 载供电。 三端口u p s 又分为在线互动式、d e l t a 变换型和三端口结构方式。在线互动式当 电源电压在1 8 0 至2 4 0 v 时，直接供电，在1 5 0 至1 8 0 v 或2 4 0 至2 7 6 v 时采用变压器 抽头稳压方式稳压，其余范围采用逆变器供电；d e l t a 变换型在电源电压波动小于正 负1 5 ，频率波动小于正负3 h z 时采用串联补偿变压器交流稳压控制技术方式稳压， 其他范围使用逆变器供电：三端口结构方式利用铁磁谐振变压器的谐振原理稳压。可 以看出他们只是稳压方式不同，但有一个共同点：都有一个双向变换器在市电正常时 整流给电池充电，市电质量差到一定程度时逆变给负载供电。、 滤波稳压器 三端口 转换开关 双向变压器 r 7 - r f接地 图1 2 三端口u p s 原理图 出 1 4 发展趋势 随着i t 系统逐步走向集中管理，企业对u p s 电源保护系统的应用将更加深入。u p s 的应用将呈现出从单机向冗余结构变化，从注重系统的可靠性向注重系统的可用性变 化，从单纯供电系统向保证整个i t 运行环境变化等趋势。而随着信息技术、电子技术、 控制技术的发展，各种先进技术已广泛应用在u p s 的设计开发和生产过程中，u p s 的技 术将出现以下发展趋势n 3 。 i 4 1 智能化 4 u p s 监控软件系统设计与实现 一个智能化u p s 的硬件部分，基本上是由普通的u p s 力n 上一台微机系统所组成，微 机系统通过对各类信息的分析综合，除完成u p s 相应部分正常运行的控制功能外，还 应完成对运行中的u p s 进行实时监测，对电路中的重要数据信息进行分析处理，从中 得出各部分电路工作是否正常等功能：在u p s 发生故障时，能根据检测结果，及时进 行分析，诊断出故障部位，并给出处理方法。完成部分控制工作，在u p s 发生故障时， 根据现场需要及时采取必要的自身应急保护控制动作，以防故障影响面的扩大；完成 必要的自身维护，能根据不同电池的不同要求，对电池进行不同的充电，并自动完成 电池状态的测试与维护。自动显示所监测的数据信息，在设备运行异常或发生故障时， 能够实时自动记录有关信息，并形成档案，供工程技术人员查阅：能够用程序控带i j u p s 的启动或停止，实现无人值守的自动操作；具有交换信息功能，可以随时向计算机输 入或从联网机获取信息。 智能网络化u p s 系统，主要是以整个网络为管理对象，是指在u p s 的主机的输出端 增设r s 2 3 2 、r 4 8 5 接口，s n m p ( 简单网络管理协议) 卡等类型的通信接口。利用这些 接口经过专用的通信电缆同服务器、路由器、网关等设备上的相对应的通信接口相连， 这样就能把u p s 电源与计算机网络构成一个具有监控功能的智能化u p s 供电系统。目前 u p s 网络智能化技术主要有两方面：一是加强u p s 新功能，与服务器上的软件协调工作， 使得u p s 除了完成最基本的不间断功能外，还能实现网络上事件记录、故障告警、u p s 参数自动测试分析、调节功能等；二是加强u p s 节能功能。智能化的网络u p s 系统将传 统式的u p s 通过与计算机相连的硬件接口，结合特殊设计的软件，提供完整的电源管 理方案。 1 4 2 数字化 u p s 采用最新的数字信号控制器( d s p ) 加以数字化的霍儿传感器件，实现- u p s 系 统的1 0 0 数字化运行。还采用了多重微处理器冗余系统，用多个有独立供应电源的 微处理器来控制整流器、逆变器和内部静态旁路，因而提高了系统的数字化程度和可 靠性。 1 4 3 高频化 第一代u p s 的功率开关为可控硅，第二代为大功率晶体管或场效应管，第三代为 i g b t ( 绝缘栅双极晶体管) 。大功率晶体管或场效应管开关速度比可控硅要高一个数 u p s 监控软件系统设计与实现 量级，而i g b t 功率器件电流容量和速率又比大功率晶体管或场效应管大得多和快的 多，使功率变换电路的工作频率高达5 0 k h z 。变换电路频率的提高，使得用于滤波的 电感、电容以及噪音、体积等大为减少，使u p s 效率、动态响应特性和控制精度等大 为提高。 1 4 4 冗余并机技术 也是目前应用比较广泛的一个技术，通过发新的应用技术( u p s 设置了并机通信 接口，两台( 或者多台) u p s 可在输出端直接并机( 或通过并机柜并机) ，并通过并 机通信接口实现并机运行功能) ，可实现u p s 内的多模块冗余并机运行，不需另外加 设中央控制部件，负载均匀，某一模块出现问题时，负载自动转移，维修可带电热插 拔，大大提高单台u p s 的供电可靠性。再加上多台u p s 组成的系统冗余运行，如果某一 台u p s 单机发生故障，则被立刻关闭，其他的u p s 系统会自动承担全部负载，对负载不 会产生任何影响。 1 4 5 绿色化 各种用电设备及电源装置产生的谐波电流严重污染电网，随着各种政策法规的出 台，对无污染的绿色电源装置的呼声越来越高。u p s 除加装高效输入滤波器外，还应 在电网输入端采用功率因数校正技术，这样既可消除本身由于整流滤波电路产生的谐 波电流，又可补偿输入功率因数。 1 5 电网中的干扰及危害 有许多因素能够造成供电不正常，需要用u p s 来保证供电的稳定正常，目前市电 电网中污染的因素除了众所周知的电压波动，频率变化外，还有来自网外部、内部的 各种噪声和干扰，主要有以下几种嘲： 1 电压浪涌 电压浪涌是指在一个周期或多个周期内，电压超过额定电压值的1 1 0 。比如重型 设备的关机，由于电网中电流忽然消失，其线路电感反电势会造成电压上升，线路电 阻上电压降忽然消失，也会造成电压上升。 2 电压尖峰 6 u p si 旌控软件系统设计与实现 电压尖峰是指在二分之一周期至l o o m s 期间内，叠加达6 0 k v 以上的电压脉冲。 这主要由雷电，开关操作，电弧式故障和静电放电等因素造成。 3 电压瞬变 电压瞬变是指在l o m s 至l o o m s 期间，叠加在市电电压上达2 k v 的脉冲电压。它 产生的原因和电压尖峰大致相同，只是在量上有区别。 4 噪声电压 噪声电压是指叠加在工频点压上的幅度低而频率范围很宽的高频分量。这种现象 在电网中很普遍，一般是由电机电刷打火，继电器动作，广播发射，微波空中传播， 电弧焊接，远距离雷电等引起的。 5 过压 过压是指超过电网电压正常有效值一定数量的稳定高电压。一般由接线错误， 电厂或电站误调整，附近重型设备关机引起。对单项电压而言，也可能是由于三项负 荷不平衡或中线接地不良等原因造成的。 一 6 电压跌落 电压跌落是指一个或多个周期内的电压低于额定电压有效值的8 0 至8 5 。这主 要是由于附近重型设备的启动或电动机起动造成的。 7 欠压 欠压是指低于正常市电有效值一定值的稳定地电压。这主要是由于过负载而造成 的电网电压降低。 8 电源中断 电源中断是指超过一个周期的无电状态。电网中的各种污染或干扰对计算机危害 很大。例如电源中断，可能造成硬件损坏、数据信息的丢失；电压跌落，可能会使硬 件提前老化，文件资料丢失；过压或欠压、浪涌可能会损坏驱动器，内存，逻辑电路， 还可能产生不可预料的软件故障；噪声电压和瞬变电压，可能损坏逻辑电路和文件资 料。 造成供电损害的有这么多的原因，u p s 的出现会使损失降低为最低点，正因如此 目前u p s 大规模的应用于各个用电的重要位置。 1 6u p s 监控必要性 7 u p s 监控软件系统设计与实现 作为大型机电设备之一的u p s ，目的是改善对负载的供电质量，并在市电故障时， 保证负载设备的正常运行。是为了解决供电系统存在的问题应运而生的，它的产生至 今已经历了4 0 多年，在这个阶段，u p s 设备的技术水平和功能在不断的变化着，当今 的u p s 设备无论是在输出容量，基本性能、智能化管理上，还是可靠性、可维护性和 可管理性上，都获得了长足的发展和进步。然而，从2 0 世纪9 0 年代中期开始，随着 信息技术的高速发展和网络时代的到来，对以u p s 为核心的整个供电系统的可用性、 可维护性、可管理性和可扩展性提出了越来越高的要求，用户关心的重点开始从仅仅 强调u p s 本身由设计和制造决定的可靠性，转移到由整个供电系统和服务决定的可用 性上来，原有的对u p s 的传统要求已经不能满足当今网络信息时代对u p s 所提出的要 求，对当今的u p s ( 尤其是中大功率的u p s ) 来说它不仅仅能具有不问断电源的作用， 而且应具备非常完善的管理功能，尤其是具有非常安全可靠的远程监视及控制功能h 1 。 1 提高电源供电质量，是供电系统有更高的可靠性和经济性 u p s 所保护的负载绝大多数是用户非常重要的关键性设备，而且现在很多行业都 建有自己的局域网，u p s 所保护的设备往往都是与局域网上的其他设备进行通信连接， 一旦u p s 或供电系统本身出现问题，造成的后果是很难估量的。正因为如此，对u p s 平时工作状态和工作环境的监视就变得非常重要。能够提前检测到u p s 工作状态和异 常情况，管理员实施必要的措施，使u p s 恢复到正常工作状态，避免因u p s 故障而引 发设备出现事故的工作变得越来越重要。 2 使网络管理趋于方便 由于网络的发展，网络管理员与u p s 以及受u p s 保护的计算机之间的物力距离明 显拉大了。因此，一方面在出现供电故障时，网络管理员可能来不及在u p s 电池电量 耗尽之前关闭计算机和u p s 电源，从而导致系统数据丢失，严重的还会损坏硬件。另 一方面，现代网络管理员日常工作非常繁忙：管理多台服务器和普通计算机；管理交 换机，路由器等网络设备；还要管理多台u p s ，管理点增加，网络管理员很难亲自到 现场监控每台设备，因此，将有关的信息通过网络传递给网络管理员进行远程管理也 是势在必行。 3 提高电源的维护管理水平和效益 通信网的不断扩大，面对越来越多的通信站，传统的以分散式人工看守为主的维 护和管理方法、手段和体制已经不能适用新形势的要求。维护和管理体制向集中监控、 集中维护、集中管理方向发展，提高设备维护质量，降低维护成本，实现机房无人值 u p s 监控软件系统设计与实现 守已是大势所趋。 综上所述，用户在计算机、计算机网络和其他信息技术管理设备上合理的配置上 不间断电源供电系统，正确的使用和维护它，就可以避免因供电质量不好而造成的正 在运行的软件、数据被破坏和丢失、数据传输中断，硬件设备损坏。u p s 在社会发展 中地位越来越重要，但是只有u p s 也并不能完全保证供电的正常运行，引起u p s 故障 的原因有很多，自然和人为的方面都有，如果使用不当或者维护不及时，u p s 很有可 能成为一个致命的故障点。因此，u p s 不能只用不管，在使用u p s 的同时更需要保护 它，才能使u p s 发挥最大的功效，此时u p s 监控软件也就应运而生，它负责u p s 使 用中的监控和维护，提高u p s 使用效率，延长使用寿命，确保用电安全，因此u p s 监控软件是非常重要的。 1 7u p s 监控技术的国内外研究现状 u p s 系统的远程监控技术越来越收到人们的重视，它己经成为当今和未来u p s 系统 中不可缺少的重要组成部分，因此，监控软件的开发引起业内的关注。目前世界上的 u p s 监控技术可分为以下几类： 1 基于串行通信方式的监控技术 串行通信是传统的u p s 通信方式，多用于中小功率u p s 解决方案中，其优点是安全、 可靠、安装简单，但这种通信方式的局限性是通信距离短，主要用于局域网中u p s 的 监控及其所连接计算机的安全保护。 2 基于m o d e m 电话寻呼网络方式的监控技术 拨号上网，使用i n t e r n e t 浏览器实现u p s 的远程监控，以各种方式显示u p s 的工作 状态，定时开关机、自检，在故障情况下通过多种方式报警，恢复后，取消关机动 作，并发出相应的信息。 3 基于s n m p 的监控技术 基于s n m p 的软件附件监控技术与网管产品的发展有紧密的联系，主要用于u p s 数 量多、分布广的企业级网络中。给u p s 配个网卡或直接将s n m p 适配器基于m o d b u s 的u p s 远程监控系统设计与实现集成至u u p s 里，把u p s 作为网络中的独立节点进行控制和诊 断，通过网络访问自己的计算机和网站或通过串口与网络访间监控系统对电源系统进 9 u p s 监控软件系统设计与实现 行远程监控或网络关机，实时提供u p s 的电流、电压、电池后备时间和负载量的状态 ，分析，出现故障时及时通知用户，以便系统管理员可以迅速简便地判断出电源故障发 生处，并迅速得以解决，使对网络性能的影响减至最小，并能定时开关u p s 和系统实 现u p s 的自检等。目前的s n m p 适配器支持远程登录( t e l n e t ) 及w e b 浏览器，即使用户没 有s n m p 网管环境，也可以在字符界面下或w e b 浏览器( 女i n e t s c a p e ，i e ) 中通过计算机网 络对u p s 实行远程监控。 4 基于w e b 的监控技术 基于w e b 的监控技术是随着i n t e r n e t 的发展而诞生的。在数据中心或大型计算 机网络中，u p s 通常要保护多台计算机。通过t c p i p 与计算机及u p s 通信，同时系统 管理员通过w e b 浏览器对分布在w a n 范围内的u p s 进行监控，定期产生u p s 的状态报 告( 包括u p s 状态和电池状态) 并转换成一定的格式文件等，以便于u p s 的管理、诊断、 事件处理，保证电力或u p s 故障时计算机系统的安全关闭，使u p s 处于健康的运行状 态，提高电力故障时计算机网络的可用性。w e b s n m pm a n a g e r m e n tc a r d 使系统管理 员可通过t e l n e t ，h t t p ，s n m p 等标准工具对u p s 做远程监控与管理，它还可以与网管 系统( 例如h po p e n v i e w ) 集成。w e b s n m pm a n a g e r m e n tc a r d 可有效地增加系统的易 用性、可服务性、可管理性和可用性。目前，监控技术己经发展到客户甚至可以使用 手机监控u p s ，还可以使用e - m a i l 报警功能。 1 8 课题主要研究内容 u p s 通过r s 2 3 2 c 接口与计算机串口连接并在计算机上运行相关平台的u p s 监控软 件。由于采用实时中断处理方式与u p s 联系可能会打断主机运行的程序而出现计算机 异常。所以计算机上的程序设计为定时查询发送和接收方式与u p s 通讯。如下图1 3 ： 电力线 图1 3u p s 与监控主机通信示意图 i o 市电 u p s 监控软件系统设计与实现 监控软件首先可显示出u p s 输入、输出电压、负载情况、电池容量，环境温度和 市电频率，以及u p s 工作状态和基础信息。重点研究以下内容： 1 监视与短信报警功能 u p s 监控软件运行时，计算机向u p s 发送查询指令，监视u p s 的运行参数，例如： 输入电压、输出电压、电流和频率、u p s 电池组的充电、放电和电压值、u p s 的输出 功率等。计算机对接收到u p s 的参数进行判断，确定u p s 当前运行状态，如u p s 市电 中断、u p s 电池低电位、u p s 故障、u p s 过载信息以及故障的类型和具体部位等信息， 并在必要时对u p s 发出指令进行干预，提醒维护人员。当软件诊测到u p s 系统故障时， 可通过预先设定的短信或者邮件发送方式实时通知系统管理员，从而以最快速度解决 问题，缩短故障恢复时间。 2 数据保护功能 当u p s 系统发生故障或电池能量将要耗尽时，u p s 软件与附件可执行预先定制的 数据保护功能，并安全关闭应用程序、数据库及操作系统，从而保证了数据及系统的 完整性和可恢复性，这是缩短故障恢复时间的重要手段。另外，客户可根据实际需要 定制其特定程序的自动关闭功能。 3 诊断与维护功能 有些u p s 监控软件和附件提供远程监测功能，通过u p s 监控软件与附件可远程检 查u p s 的状态、查询u p s 的预警信息，做电池校正试验等，这些预防性功能都可以在 u p s 系统故障发生之前采取适当措施，是提高系统可用性的有力手段。 4 u p s 自检功能 u p s 监控软件的定期自检功能检测逆变器、充电器、电池和控制单元等u p s 主要 部件，主动性操作预防u p s 故障。 5 通用通信功能 通用通信功能也是本软件别与其他监控软件的一个方面，目前市面上的监控软件 是每一套监控软件只适合固定品牌的u p s ，例如w i n p o w e r 软件只适应于山特u p s ，应 用于其他品牌u p s 将不能通信，但是大部分的u p s 运行原理是相近的，不同的只是通 信传输协议，对u p s 的控制命令以及返回的信号代码，所以本课题将在程序应用之前 u p s 监控软件系统设计与实现 首先定义u p s 的协议，使它能够和绝大部分u p s 通讯( 包括不同厂商的产品) ，可以 应用于多种u p s 之上，使本u p s 监控软件通用起来。 1 9 小结 在本章中，我们首先介绍了与u p s 监控系统紧密相关的两个概念：u p s 和u p s 监控 软件；介绍了u p s 发展历史，现状，以及发展方向，着重阐述了u p s 监控系统的重要 性，并且主要从u p s 监控系统的网络结构、主要设备、使用协议、应用模式、功能模 块等方面对u p s 监控系统的组成、功能、特点进行详细地描述；然后介绍了目前市场 上主流的u p s 监控系统产品的性能；最后对u p s 监控系统的发展方向进行了分析。目 前市面上的u p s 软件监控通讯协议大多针对于本厂商出产的u p s 设备，也就是每一套 监控软件只能应用于本厂出品的u p s 上，所以留给我们课题就是能否让所设计的监控 软件作为大多数品牌的公用版本，监控软件适用于多个品牌的u p s ，这也是我们的一 个重要课题，下文中将有介绍。 1 2 u p s 监控软件系统设计与实现 2 u p s 监控软件的基础 在第一部分我们认识了u p s ，并且认识到了u p s 以及监控软件的重要性，接下来 我们需要了解一些设计监控软件的基础知识，为软件的设计做好准备。 2 1 通信技术概述 监控软件设计首先就是通讯信号问题，只有将通讯信号送到计算机上才能用管理 软件进行分析和控制。u p s 的智能管理与通讯功能是通过各种通讯接口和相应协议实 现的。用户的不同应用需要u p s 提供不同的通讯接口的选择。下面介绍几种常用的u p s 系统通讯接口及其基本通信协议。 2 1 1 r s - 2 3 2 4 8 5 串行通讯接口 r s - 2 3 2 c 标准的全称是e i a - r s 一2 3 2 c 标准，其中e i a 代表美国电子工业协会，r s ( e c o m m e d e ds t a n d a r d ) 代表推荐标准，2 3 2 是标识号，c 代表r s 2 3 2 的最新一次修改 ( 1 9 6 9 年) ，在这之前，有r s 2 3 2 a 、r s 2 3 2 b 协议。它规定连接电缆和机械、电气特性、 信号功能及传送过程。e i ar s - 2 3 2 c 定义了按位串行传输的数据终端设备( d t e ) 和数 据通讯设备( d c e ) 之间的接口信息。r s - 2 3 2 c 是从d t e 或计算机串行接口角度来定义 引脚信号的。例如，目前在i b mp c 机上的c o m i 、c o m 2 接口，就是r s - 2 3 2 c 接口。 大多数u p s 采用串行通讯接口与电源管理系统进行通信，常用的通信协议有 r s 2 3 2 、r s 4 8 5 等，通信接口形势有d b 9 ( 本课题采用的通信接口的一种就是d b 9 ) 、d b 2 5 或r j l l 等。在2 0 0 0 年以后，主流的u p s 大多数都支持r s 2 3 2 接口，电路也比较相似， 只是各个厂商的通讯协议不同，但是协议的大体原理都是相近的。 用户通过串行通讯接口可以实现：对u p s 参数进行设置；完成维护后对u p s 进行 的校验，并可配合软件系统、图形化方式直观的监视到u p s 的所有运行状态参数状况； 控制u p s 进行相应的操作。 1 r s - 2 3 3 2 引脚 r s 2 3 2 c 弓脚如图2 1 所示： u p s 监控软件系统设计与实现 s g r i d t r t x d d t rr x d d c d r l c 倦 r 1 s d s r n l z 5 图2 1r s 一2 3 2 c 弓 脚图 u p s 接口信号主要有两种类型：干结点型和r s - 2 3 2 型，他们的物理接口都是d b 9 ， 主要区别就是：一个高低电平信号，而另一个则是标准的r s 2 3 2 数字信息。 在a t 机及以后，不支持2 0 m a 电流环接口，使用d b - 9 连接器，作为提供多功能i o 卡或主板上c o m i 和c o m 2 两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9 个信号。d b 一2 5 型连接器的引脚分配与d b 一2 5 型引脚信号完全不同。因此，若与配接d b 一2 5 型连接 器的d c e 设备连接，必须使用专门的电缆线。电缆长度：在通信速率低于2 0 k b s 时，r s - 2 3 2 c 所直接连接的最大物理距离为1 5 米。 r s 2 3 2 c 弓 脚说明如表2 1 所示。 表2 1r s 2 3 2 c 弓i 脚说明 9 针信号方向 功能 1d c d i 数据载波检测 2r x di 接收数据 3t x do 发送数据 4 d t r o 数据终端设备( d t e ) 准备就绪 5 s g 信号地线 6d s ri 数据通信装置( d c e ) 准备就绪 7 r t s0请求传送 8c t si 允许发送 9r ii 振铃指示 r s 一2 3 2 c 连线方法，如图2 2 所示。说明：进行串口通信连接时，应注意发送方和 接收方的信号进出方向，以判别各引脚如何连接。 1 4 u p s 监控软件系统设计与实现 c d r d t d d t r g n d d s r r t s c t s r l 11 2 = 7 88 g9 c d r d t d d t r g n d d s r r t s c t s r i 检验仪器计算机 图2 2r s - 2 3 2 c 连线 2 r s 一2 3 2 c 的接口信号 r s 一2 3 2 c 规标准接口有2 5 条线，4 条数据线、1 1 条控制线、3 条定时线、7 条备用 和未定义线，常用的只有9 根，主要是以下几根： ( 1 ) 联络控制信号线： 数据装置准备好( d a t as e tr e a d y d s r ) 有效时( o n ) 状态，表明m o d e m 处于 可以使用的状态。 数据终端准备好( d a t as e tr e a d y d t r ) 有效时( 0 n ) 状态，表明数据终端可 以使用。 这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表 示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否开始进行通信要由下 面的控制信号决定。 请求发送( r e q u e s tt os e n d - r t s ) 用来表示d t e 请求d c e 发送数据，即当终端 要发送数据时，使该信号有效( o n 状态) ，向m o d e m 请求发送。它用来控制m o d e m 是否 要进入发送状态。 允许发送( c l e a rt os e n d - c t s ) 用来表示d c e 准备好接收d t e 发来的数据， 是对请求发送信号r t s 的响应信号。当m o d e m 已准备好接收终端传来的数据，并向前 发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线t x d 发送数据。 这对