Устройства бесперебойного электропитания

Данные устройства являются ключевыми компонентами системы защиты КС от угроз по сети электропитания. Они представлены несколькими конструктивными решениями (в зависимости от принятой технологии защиты оборудования - "off-line", "on-line" или "line-interactive").

"Оff-line" оборудование.

В большинстве компьютеров в настоящее время используются источники питания коммутируемого типа, позволяющие выдержать короткие провалы основного питания за счет накопления относительного небольшого количества энергии во встроенных конденсаторах. Это означает, что допускается использование UPS типа "off-line", поскольку небольшое время задержки (порядка нескольких миллисекунд) при переходе питания от основной сети на батарею UPS не является жизненно важным фактором.
Используемые главным образом в маломощном конце спектра мощностей модели UPS типа "off-line" являются простейшими и экономичными. Они обеспечивают частично отфильтрованное сетевое питание нагрузки (это означает отсутствие действительного кондиционирования питания), при этом заряженная батарея остается в резерве. Если значение входного напряжения падает ниже определенного уровня, то встроенный в UPS переключатель соединяет батарею с инвертором, преобразующим ток батареи в переменный, которые подается на компьютер. Существует время переключения между основной сетью и батареей, которое может оказывать воздействие на чувствительную нагрузку, однако, большинство ПК способны выдержать задержку в 2-3 миллисекунды, которая необходима, чтобы выработать переменное напряжение (рис. 28). UPS типа "off-line" являются наилучшим решением для поддержки "некритичных" компьютеров и сетевого оборудования небольшой мощности.

Рис. 28. Блок-схема off-line UPS

"Оn-line" оборудование.

UPS, действующие по схеме "on-line", дают уверенность, что перерывов в снабжении электропитанием не будет, даже в случае его отсутствия в сети. Для этого используется технология двойного преобразования питания, которая позволяет непрерывно преобразовывать переменный ток основной сети в постоянный ток (который используется для заряда батареи), прежде, чем через инвертор преобразовывать его обратно в переменный ток для питания компьютера. Это гарантирует отсутствие времени переключения при проблемах в основной сети, а также обеспечивает компенсацию "просадок" (снижение напряжения на линии - проблема, с которой не могут справиться системы типа "off-line"). В большинстве случаев питание основной сети пропадает не сразу. По мере падения напряжения " просадка" компенсируется батареей UPS типа "on-line". Инвертор не обнаруживает различий даже в случае смешения напряжения батареи и постоянного тока, полученного от основной сети. Если полностью прекратилась подача питания от основной сети, вся нагрузка переключается на работу от батареи. Что касается компьютера, то для него не происходит никаких изменений в подаче напряжения и синусоидальный сигнал на выходе постоянно синхронизирован с основной сетью.
Еще одна задача, которая может стоять перед UPS - это взаимодействие с генератором при запуске. В период запуска и выхода на режим питание переменного тока от генераторной установки может изменяться в широких пределах по частоте и напряжению. Поскольку UPS технологии "on-line" всегда преобразуют переменный ток в постоянный прежде, чем выдать на выход преобразований " чистый" синусоидальный сигнал, существует возможность "корректировки" качества питания пред подачей его на защищаемый компьютер.
Преобразование переменного тока в постоянный позволяет защищать компьютер от практически любой помехи. Это могут быть и "всплески", вызванные грозами, выбросами от генераторов или искажения формы сигнала из-за воздействия включенного в основную сеть питания оборудования. Таким образом, для бесперебойной защиты "критичной " системы от любого рода проблем с электропитанием необходимо использовать UPS с технологией "on-line", соответствующий конфигурации и размерам компьютерной системы (рис. 29).

Рис. 29. Блок-схема on-line UPS

"Line interactive" UPS.

Линейно-интерактивые UPS можно назвать неким гибридом технологий "off-line" и "on-line", которые обеспечивают защиту по питанию плюс так называемое "кондиционирование" питания, подавляющее всплески напряжения и решающее проблему искажения формы сигнала.
При нормальной работе основной сети заряд батареи осуществляется от внутреннего зарядного устройства. При попадании входного напряжения статический переключатель замыкает цепь питания от батареи через инвертор на выход UPS. Внутренний стабилизатор постоянно отслеживает изменение входного напряжения, осуществляет дополнительную фильтрацию и позволяет избежать переключений при "просадках" и "всплесках" напряжения. Это делает линейный интерактивный UPS лучшим решением по сравнению с моделями типа "off-line", а также более экономичными по сравнению с моделями "on-line", когда "кондиционирование" питания не является существенным (рис. 30).

Рис. 30. Блок-схема line-interactive UPS

Управление UPS

Для эффективного управления работой функционального оборудования и его интеграции в компьютерную систему не только по контуру электропитания, но и по контуру управления создают специальные подсистемы, в которые входит специальное ПО, сетевое и специализированное оборудование. Существуют различные варианты размещения ПО управления (в UPS, отдельном специализированном устройстве управления, на компьютере), а также различные варианты соединения устройств подсистемы управления.

При коммуникации UPS "один на один" с компьютером, используя связи по RS -232, специальное ПО управления в случае сбоя выключит компьютер.

При шлейфовом объединении нескольких специализированных устройств управления гарантируется безопасное отключение систем без использования дополнительных UPS. ПО управления (на компьютере) обеспечивает сбор статистики и управлением функциональным оборудованием защиты электропитания, гармонизированное с работой самой компьютерной системы.

В сетевом исполнении со встроенным сетевым адаптером UPS становятся полноправными участниками сети.

Все функции ПО в подсистеме управления можно разбить на 3 группы:

1). Мониторинг, в т. ч. сетевой, и уведомление:

-полная идентификация сбоев по питанию в реальном масштабе времени и графическое отображение подключенных нагрузок с помощью системного меню и экранов прохождения питания;

-интерактивные измерения для определения потенциальной проблемы с питанием;

-уведомление персонала через сообщения, передаваемые на пейджер, по электронной почте, с помощью сетевых сообщений или модемной связи;

-архивация событий.

2). Управление автоматическим остановом КС:

-безопасное упорядоченное автоматическое отключение операционной системы в критической ситуации;

-выполнение командных файлов;

-перезагрузка при восстановлении питания;

-установка определяемого пользователем графика включения/выключения для обеспечения полной безопасности сети.

3). Управление UPS:

-выполнение функций переключения, когда заряд батареи UPS достигнет определенного пользователем уровня;

-диагностика UPS и тестирование батареи, запрограммированные пользователем.

Пример: у правляемый APC Smart-UPS DP

Варианты поставки:

-UPS с комплектом аккумуляторных батарей;

-программное обеспечение управления APC PowerChute® plus;

-дополнительное устройство управления, например, карта APC Web/SNMP Management Сard;

-встроенный Web-сервер.

С помощью Web/SNMP Management Сard:

-реализуется функция PowerChute Network Shutdown, обеспечивающая надежное отключение серверов по сети;

-осуществляется управление и конфигурирование UPS.

Технические характеристики:

-выходная мощность 6, 8 и 10 кВА;

-синусоидная коррекция тока (чистая синусоида на выходе);

-коэффициент мощности =1;

-коэффициент эффективности достигает 95.5%;

-управление параметрами работы по сети;

-самозапись событий, связанных с электропитанием в log файл;

-автоматическая периодическая самодиагностика;

-безопасное автоматическое завершение работы ОС через сеть с последующей перезагрузкой (требуется PowerChute plus на сервере);

-автоматическое выключение UPS и обесточивание нагрузки.

Технология автоматического выключения нескольких серверов с разными операционными системами.

Сетевое закрытие серверов обеспечивает функция PowerChute network shutdown через управляющий модуль Web/SNMP Management Card. Схема подключения устройств и технология их взаимодействия приведена на рис. 31.

1). При отключении питания или значительном его выходе за пределы регулирования UPS, он переходит в режим работы от батарей и поддерживает на выходе номинальное напряжение.

2). Через установленное время (обычно 3-5 минут) (если напряжение не вернулось к норме) UPS подает сигнал SHUTDOWN всем доступным по сети серверам.

Рис. 31.Выполнение функции PowerChute network shutdown

3). Установленное на серверах ПО PowerChute+ принимает сигнал и через заданное время задержки инициирует процедуру корректного закрытия ОС и автоматического выключения серверов.

4). Один из серверов после начала процесса закрытия ОС передает по сети сигнал на выключение UPS.

5). Через установленное время UPS переходит в sleep-режим.

После включения электропитания UPS выходит из sleep-режима и подает по сети сигнал wake-up. Серверы включаются, загружается ПО и КС приходит в состояние готовности.