Блоки бесперебойного питания


От внезапного пропадания напряжения сети предохраняют источники бесперебойного питания — ИБП (Uninterruptible Power System, UPS). В их состав обязательно входят аккумуляторные батареи, выпрямитель входного напряжения и инвертор, обеспечивающий нагрузку напряжением переменного тока.

 

а. б.

 

Рис. 8. Блоки бесперебойного питания:

а) с панелью телеметрии;

б) без панели телеметрии.

Источники бесперебойного питания различают по классам (режимам работы). От класса, мощности устройства и емкости батарей, определяющей время автономной работы при максимальной нагрузке, существенно зависит цена ИБП.

При пропадании сетевого напряжения ИБП переключается на резервное питание и обычно подает звуковой сигнал. Для защиты данных компьютера устройство ИБП должно иметь возможность передать сигнал о грядущем отключении питания. Сигнал может подаваться аппаратным прерыванием через специальную плату сопряжения с PC или разъем PS/2 Mouse (как варианты у Smart UPS), через СОМ-порт или встроенный в ИБП адаптер ЛВС. Два последних варианта более универсальны и обеспечивают двунаправленный обмен развернутой управляющей и диагностической информацией. При восстановлении питания происходит обратное переключение, и батареи подзаряжаются. Если питание не восстановилось за время работы батарей, ИБП отключается, а его повторное включение после подачи напряжения может быть ручным или автоматическим.

Современные модели ИБП имеют в своем составе микроконтроллер, который в совокупности со специализированным программным обеспечением (ПО) серверов и станций, поставляемым для конкретных моделей, может предоставлять широкий спектр услуг в зависимости от интерфейса связи ИБП с системой.

♦ Телеметрия. Информация о состоянии питающей сети, батареи и других узлов, температуре внутри ИБП, величине нагрузки и т. д. передается в систему сбора, обработки и отображения информации. Система может прогнозировать время работы от батарей и соответственно корректировать задержку закрытия сервера.

♦ Телеуправление. Двунаправленный интерфейс с ИБП обеспечивает подачу управляющих команд — отключение, запуск диагностических тестов и т. д.

♦ Планирование включения и выключения. Администратор может задать график работы сервера, указывая время включения и отключения питания на каждый день недели. Программа при наступлении времени отключения посылает предупреждение всем клиентам, через некоторое время инициирует закрытие сервера и программирует ИБП на отключение питания через определенный интервал времени и повторное включение в заданное время. После отключения по команде ИБП переходит в режим ожидания и своим внутренним таймером отсчитывает время до включения. В заданное время ИБП включает питание нагрузки, сервер автоматически загружается, и следующее запланированное отключение произойдет по инициативе программы, работающей на сервере.

Возможности взаимодействия по сети оператора с ИБП определяются ПО этого устройства. Популярные пакеты программ PowerChute («парашют») для Smart UPS фирмы АРС, OnliNet Basic для ИБП фирмы EXIDE обеспечивают вышеперечисленные функции для различных операционных систем (ОС), они вполне удовлетворительны для систем с одним устройством ИБП.

Простейшая программная поддержка ИБП должна обеспечивать оповещение о пропадании сетевого напряжения и принудительное завершение работы приложений и операционной системы, когда остается небольшой ресурс времени автономной работы (от аккумулятора). Сигнал о пропадании сетевого напряжения от ИБП к защищаемому компьютеру должен подаваться обязательно, он инициирует оповещение. Принудительное завершение может выполняться по дополнительному сигналу ИБП, когда устройство «чувствует», что батарей хватит только на определенное время. Возможна настройка ПО и на работу только от одного сигнала — принудительное завершение инициируется, если сигнал пропадания напряжения удерживается дольше заданного времени. Штатная служба UPS в Windows позволяет использовать для сигнализации управляющие сигналы СОМ-порта: линия CTS — для сигнализации о пропаже питающего напряжения (power fail), DCD — для сигнализации о малом ресурсе батарей (battery low). Интерфейс настройки сервиса позволяет выбрать полярность сигналов, а также использовать только первый сигнал и инициировать завершение по тайм-ауту. Некоторые модели ИБП указанные сигналы в двухпо-лярном представлении, воспринимаемом СОМ-портом, не генерируют, а имеют интерфейс «сухой контакт». Событие отражается замыканием или размыканием этого контакта, гальванически не связанного ни с какими цепями.

Согласно определению, источником бесперебойного питания (ИБП), или по-английски, – uninterruptible power supply, (UPS) называется устройство, устанавливаемое между первичным источником электроэнергии, таким, как сеть электропитания, и главным входом защищаемого оборудования, для устранения кратковременных аномалий электропитания (в течение менее 0,1 с) или его временного полного выключения (обычно минуты и десятки минут).

При более длительных отключениях сети электропитания применяется резервный генератор. Для принятия решения о его запуске, собственно запуска и выхода на рабочий режим требуется обычно несколько минут. Работу защищаемого оборудования в этот временной интервал как раз и обеспечивают ИБП.

Обычно ИБП применяются там, где внезапное отключение централизованного электропитания чревато серьезными неприятностями для телекоммуникационного оборудования и компьютеров и не используются для периферийного оборудования.

Во время отсутствия сетевого напряжения оборудование питается от аккумуляторной батареи. От ее емкости зависит продолжительность автономной работы нагрузки. Другая часть современных ИБП – электроника, управляющая процессом зарядки батареи, переключением при аварии сети на питание от нее, и инвертор, преобразующий постоянный ток от батареи в переменный, потребляемый нагрузкой.

Существуют различные стратегии поведения устройства при аварии электропитания и, соответственно, архитектуры построения ИБП. Самая простая схема такова: источник постоянно передает (транслирует) входное напряжение на выход в неизменном виде и в момент аварии, которая определяется по выходу входного напряжения за заранее определенные рамки, переключается на питание от резервной батареи. Такая схема называется резервной (standby).

Другой вариант предполагает отслеживание входного напряжения и его коррекцию в случае выхода за допустимый предел. ИБП начинает вести себя подобно стабилизатору с фиксированными интервалами стабилизации. Когда же напряжение сильно отличается от номинального и ИБП не в состоянии выправить ситуацию, он переключается на батареи. Такая схема известна как линейно-интерактивная (line-interactive).

Обе схемы объединяет то, что батарея в нормальном состоянии отключена от нагрузки (offline) и подключается к ней лишь при аварии. Поэтому их относят к архитектуре offline.

В отличие от нее в постоянно действующей архитектуре (online) батарея всегда подсоединена к нагрузке. В ИБП, выполненных по постоянно действующей схеме с двойным преобразованием напряжения, сначала входное напряжение с помощью выпрямителя преобразуется в напряжение постоянного тока. К этой шине подключена и аккумуляторная батарея. Затем постоянный ток инвертором преобразуется в переменный с требуемым уровнем напряжения.

Стандарт IEEE Standart 1159-1995 (IEEE Recommended Practice for Monitoring Electrical Power Quality) определяет семь основных категорий проблем, внутри каждой из которых возможно разбиение на подгруппы.

Начнем с основной категории, объединяющей разные варианты исчезновения напряжения в питающей сети. В зависимости от продолжительности отсутствия напряжения выделяют четыре основных типа:

· мгновенное, продолжительностью от 0,5 до 30 циклов колебаний;

· кратковременное – от 30 циклов до 2 с.;

· временное – от 2 с до 2 мин.;

· продолжительное – свыше 2 мин.

Любое исчезновение напряжения питания может привести к потере данных на оборудовании, не защищенном ИБП, и, в общем-то, ИБП были созданы в первую очередь, чтобы бороться именно с этой проблемой.

Во вторую категорию входят высоковольтные всплески напряжения. Они характеризуются высоким пиковым напряжением (вплоть до десятка киловольт) и короткой продолжительностью (время нарастания – несколько наносекунд, а время спада – десятки наносекунд). Источниками таких помех могут быть грозовые и электростатические разряды, переключения индуктивных нагрузок и т. п. Выделяют два типа таких помех: одиночные импульсы и осциллирующие всплески. Для борьбы с ними применяются устройства подавления всплесков (Transient Voltage Surge Suppressor, TVSS). Они построены на базе варистора, срезающего высоковольтные выбросы напряжения. В составе всех современных ИБП предусмотрены цепи TVSS, фильтрующие входное напряжение. Многие устройства оснащаются дополнительным контуром, подавляющим выбросы в телефонных и локальных сетях. Такие цепи представляют собой недорогое решение, позволяющее ИБП обеспечивать защиту от всплесков.

К третьей категории отнесены снижения напряжения, которые либо действуют до 1 мин., либо носят долговременный характер. Такие явления связаны с включением нагрузок с большими стартовыми токами или с перегрузкой сети.

Обратные явления – кратковременные (до 1 мин.) подъемы напряжения и перенапряжения, действующие продолжительное время, составляют четвертую категорию нарушений питающего напряжения. Их причинами могут быть внезапное отключение большой нагрузки, отрыв фазы в трехфазных сетях и др.

Для борьбы с провалами и повышениями напряжения, перенапряжениями и пониженным напряжением используются стабилизаторы и автотрансформаторы. Линейно-интерактивные модели ИБП содержат цепи автоматической регулировки напряжения (Automatic Voltage Regulator, AVR), которые выполняют автоматическую корректировку напряжения при выходе напряжения сети за определенные пределы.

Наконец, последняя категория дефектов связана с изменением частоты сети. Эта серьезная проблема встречается, к счастью, достаточно редко и связана с перегрузкой генераторной станции. Некоторое оборудование достаточно чувствительно к этому параметру, и программы мониторинга и управления ИБП, как правило, выдают значение частоты сети.

В зависимости от типа, ИБП устраняют разные проблемы. Однако любой ИБП решает проблему, связанную с исчезновением питания, и подавляет высоковольтные выбросы (категории 1 и 2). Наиболее простые ИБП (резервного типа) этим и ограничиваются. Более сложные (линейно-интерактивные устройства) позволяют также корректировать отклонения амплитуды питающего напряжения от номинального значения (категории 3 и 4), используя механизм AVR. Все вышеперечисленные категории проблем устраняют дорогие, постоянно действующие ИБП двойного преобразования, поскольку они полностью "переделывают" исходное напряжение.

Основные преимущества ИБП резервного типа – высокая эффективность, низкая стоимость и небольшие размеры. Они применяются преимущественно в диапазоне небольших мощностей нагрузки – до 1 кВА.

Линейно-интерактивные ИБП эффективны в промежуточном диапазоне мощностей от 0,5 до 5 кВА. Они сравнительно слабо нагреваются, поскольку в нормальном режиме инвертор работает лишь на поддержание заряда батарей, что, в свою очередь, определяет продолжительный срок службы и повышенную надежность устройства. Немалое преимущество – невысокая цена моделей, выполненных по этой архитектуре. При больших мощностях линейно-интерактивные устройства становятся слишком громоздкими и дорогими.

Постоянно действующие ИБП с двойным преобразованием целесообразно применять, начиная от 1 кВА. При преимуществе в устранении широкого спектра проблем у них более сложная схемотехника и больше компонентов, что повышает вероятность отказов. Еще один недостаток – большее, по сравнению с линейно-интерактивными устройствами, собственное потребление электроэнергии (потери на преобразование в постоянный ток и обратно составляют около 10%), что означает дополнительный нагрев устройства и, в свою очередь, не способствует повышению его надежности, снижает срок службы самого важного компонента ИБП – аккумуляторных батарей. Преимущества данной топологии – это возможность пары выпрямитель-инвертор обеспечить потребляемую мощность (если нагрузка меньше номинальной) без участия батареи. Кроме того, они позволяют корректировать частоту на выходе вплоть до того, что преобразуют 50 Гц в 60 Гц и наоборот.

Следующий по важности параметр после топологии устройства – выходная мощность ИБП. Характеризуя ее, изготовители приводят два значения – в вольт-амперах и ваттах. Первое – это произведение действующих значений напряжения и тока, которое не отражает реальную мощность, отдаваемую ИБП типичной нагрузке (в нашем случае блок питания ПК или монитора).

Активная мощность отражает реальную отдаваемую нагрузке (или потребляемую) мощность. Но ее не всегда возможно определить, поскольку изготовители оборудования зачастую ограничиваются приведением действующих значений тока и напряжения. Естественно, при подсчете общего потребления нагрузки необходимо пользоваться единой системой и не допускать превышения суммарной мощности нагрузок над номинальной мощностью ИБП.

Основное внимание при выборе ИБП необходимо обращать, кроме как на топологию устройства и его мощность, на количество и тип выходных розеток. Обычно ИБП начального уровня оснащаются либо розетками стандарта IEC-320 C13, либо евророзетками. И те и другие рассчитаны на максимальный ток 10 А. В более мощных ИБП применяются розетки IEC-320 С19, рассчитанные на максимальный ток 16 А.

Выходные розетки могут объединяться в группы. В моделях младшей ценовой категории часто устанавливаются две группы розеток: одна с батарейной защитой и фильтрацией высоковольтных выбросов (категории проблем 1 и 2), другая только с фильтрацией высоковольтных выбросов (категория 2). Группа розеток первого типа иначе обозначается как группа с полной защитой, т.е. подразумевается защита, обеспечиваемая данной топологией ИБП. От нее питается более критичное к питанию оборудование, такое, как ПК и его монитор. Принтер и другие периферийные устройства, менее чувствительные к исчезновениям питания, подключаются ко второй группе розеток.

ИБП средней и старшей групп могут иметь дополнительные разъемы для подключения дополнительных модулей аккумуляторных батарей, с помощью которых существенно увеличивается время автономной работы оборудования. Причем некоторые изготовители допускают подключение цепочек модулей.

Ключи аппаратной защиты

Электронные ключи — устройства, с помощью которых возможно ограничение незаконного распространения (тиражирования) программного обеспечения. Разработчики ПО, отстаивая свои законные права на получение вознаграждения за свой труд, предпринимают ряд мер, препятствующих бесконтрольному тиражированию их продукции. Эти меры могут быть как организационными (необходимость ввода ключа — последовательности символов, который можно получить «только» у законного продавца, требование соблюдения лицензионных соглашений и т. п.), так и техническими. Несостоятельность организационных мер пояснять не требуется. Технические меры могут быть двоякими — защита от копирования или применение электронных ключей. Как известно, любую защиту от копирования (будь то нестандартный формат ключевой дискеты или CD-ROM) можно «взломать», поскольку она проверяется и создается теми же самыми программными средствами, которые доступны и взломщику. Электронные ключи представляют собой устройства, без подключения которых к компьютеру защищаемое приложение работать не будет. Конечно, и здесь возможен взлом, но его вероятность зависит от сложности ключа и системы привязки.

 

 

Рис. 9. Ключ аппаратной защиты

Электронные ключи подключают к портам (СОМ или LPT) или шине USB; сетевые приложения могут использовать и сетевые ключи — ключ должен быть подключен к одному из компьютеров локальной сети, на котором работает приложение. Конечный пользователь приобретает ключ у продавца защищаемого программного продукта. У производителя ключи («болванки») приобретают разработчики программного обеспечения, и именно они привязывают ключи к своей продукции.









Последнее изменение этой страницы: 2016-12-27; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su не принадлежат авторские права, размещенных материалов. Все права принадлежать их авторам. Обратная связь