以多用户卡或串行口转换器实现多台UPS的监控

对UPS的运行状况进行实时监控，已成为多数用户对设备提出的一项技术要求。UPS生产厂家也早已在自己的产品上设置了RS－232串行通信口，有的厂家连RS485串行通讯口也不再作为选件而直接配置，SNMP卡和MODEM卡普遍成为厂家提供的选件。除此而外，还普遍设置了无源干接点输出端口，以便连接模拟屏或控制系统使用。在软件的开发方面也推出了独具特色的UPS专用监控软件，这件软件可以在WINDOWS、NOVELL、IBM、UNIX、HP－UX等操作平台上使用，从而为运行中的UPS进行实时监控、局域网监控、互联网监控都提供了有力的支持。

 在技术实施中，往往遇到对单台UPS进行监控比较容易，而对多台UPS实时监控就不那么得心应手。当然，原因是多方面的，但每台UPS的通讯口与监控计算机交换信息的硬件配置确是重要原因。从每台单机或多台并联冗余UPS系统集中监控的技术实践中得到的体会是：采用多用户串口通讯卡和RS232/RS485串行口转换器也是一种简单、易行、低成本的方案。

1 多用户卡用于UPS监控

1.1 多用户卡简介

多用户串口通讯卡是为弥补计算机最多只有两个RS232通讯口的不足而设计的，从而使一台PC可以与多台具有RS232串口的设备通讯。它设计成可以插在计算机ISA总线和PCI总线两种PCB板外型。通讯卡的核心是I/O控制器，一般用16C550（四串口卡常用）、16C950（八串口卡常用）或兼容的UART大规模芯片。外围电路则用于接口和计算机匹配与连接，它是多台UPS与监控计算机之间进行信息交互传输的总调度。多用户卡设计成可通过随卡的软件设置I/O地址和IRQ中断，也可以通过BIOS对它们进行自行分配，以适应不同的需要。卡的传输速率在110～115.2bps之间，对UPS系统来说是足够使用的。作为信息传输的常规设置，多用户卡同样具有奇偶校验、数据位长度、停止位长度、数据流控制方式等设置，以配合不同厂家产的UPS串行通讯口输出数据格式，这些出厂前都做了典型配置，在具体使用场合若需变更只要按使用手册或随卡驱动软件提示，就可很顺利地完成。

多用户串口卡的驱动程序可以在WINDOWS、SCO UNIX、SCO OPEN SERVER等操作系统平台上使用。多用户卡也有良好的物理性能，有很强的抗静电、抗浪涌、抗雷电冲击能力，适用于工业环境，用于对UPS系统的监控是合适的。

多用户串口通讯卡有4用户、8用户、32用户等多种规格产品，一台PC需要与多少台具有RS232接口的设备通讯，就选用相应的多用户卡。接口插接件有9针口和25针口两种形式，适应多种多样的设备。作为多台UPS系统实时监控用是很方便的。

1.2 工程应用实例

某部计算中心用3台意大利康威斯FTT100kVA UPS并联冗余为主机房设备供电。用3台单机工作的康威斯ETT30kVA UPS为二楼其它设备供电。中心要求利用一台闲置的IBM PC对此六台UPS在一楼值班室进行实时监控。对此，提出了用SNMP卡构成局域网，用多用户串口通讯卡、选购UPS监控用软、硬件成品等几种方案。经过对以上部分方案的现场实验，同时考虑到现场环境较好，监控距离不超过20m的条件，根据简单、可靠、成本低的原则，确定了采用多用户串口通讯卡方案。监控系统构成框图如图1所示。

多用户串口卡直接插在PC机的PCI总线上。此卡的输入端口是8根导线各连接一个的九针插接头。五个插接头分别连接五台UPS的RS232口，一台UPS的RS232口直接与PC机的RS232口连接（此PC机只有一个RS232口），其它输入端口做备用。通过随卡的软件进行有关设置，并将COM口与UPS一一对应起来，即完成调试。

UPS的监控软件是意大利康威斯UPS厂随机提供的，叫做LOGIC（逻辑），它的功能与大部分UPS厂家提供的监控软件大同小异，可以同时监控8台UPS。虽尚未汉化，但使用起来还算方便；用此软件也设置好COM口与UPS对应编号及传输速率，然后点击主画面，被选择的UPS的实时运行参数——输入电压、电流、输出电压、电流、频率、整流器电流、电池电压、电流及电池延迟时间、报警提示等即以模拟图及表格数据形式实时显示出来。数据每8秒刷新一次（可选择设定刷新时间）。软件还有运行记录、故障记录等内容，点击即可知相关信息。也可用关闭或启动命令控制整流器、逆变器及静态开关的运行状态，对于远距离实时监控多台UPS来说是很方便的。

整个UPS实时监控系统符合用户提出的性能要求。运行一年多来一直稳定可靠。可见在15m左右范围内使用多用户串口通讯卡连接计算机与多台UPS实时监控的方案是简单实用的。

2 RS232/RS485转换器在UPS监控中的应用

RS232口的数据传输距离很短，而且串口之间的同名数据线不能互联，加之计算机本身最多对外设两个RS232口，因此，若不采用多用户串口通讯卡，很难实现一台PC监控两台以上的UPS。而利用RS485串行通信口实现一台PC对多台UPS进行更远距离监控就便利多了。

2.1 RS485接口的特点

RS232接口使用的是单端接收，单端驱动电路，接收端无法将*与数据信号区分开来，因此，传输速率低，抗*能力弱、传输距离短。而RS485接口标准规定了它是平衡驱动和差分接收的电气接口。这种电路结构可以消除信号地线，从而在长距离的传送中明显地提高了数据传输速率。在19.2kbps的速率下，RS485接口可以将数据传至1200m的距离。

RS485接口的平衡驱动器，相当于两个单端驱动器，输入是同一个信号，一个驱动器的输出与另一个驱动器的输出信号正好反相。当*信号以共模信号窜入时，接收器则接收差分输入电压，因为接收器具有抗共模电压的抑制能力，所以它能够将有效信号正确地分离和接收。

RS485接口采用一对平衡差分信号线，为半双工信号传送模式，它可以很方便地实现多站互联。每个站的RS485同名信号端互联起来后，在选定的某一时刻只有其中一个站的使能端接收到发送信号后才可以发送数据，而其他的站只能接收。如图2所示。

RS485接口的互联性能不仅可以大为简化数据传输线的电气构成，而且每个站只有自己唯一的地址标识，利用它，每个站或设备只接收包含其专有地址标识的信息，从而使主站与分散子站间的数据通信得以有序、可靠地进行。

2.2 RS232/RS485转换器

为了解决只有RS232接口的设备与只有RS485接口的设备之间的通信，或是利用RS485口可远距离传输信号可以互联的优越性，以实现多站点间的长距离通信，人们研制出了RS232/RS485串行接口转换器。

这种转换器小巧精致，可直接插在设备的RS232口或RS485口的DB9插座上，使用很方便。它的内置流量控制芯片，具有零延时自动转换功能。转换器不必外接电源，而是由RS232数据线TXD（发送数据）或者是握手信号供电支持自己的工作。转换器也不需要使用RTS（请求发送）信号来控制RS485的驱动器，只要RS232口的TXD线上有数据信号时RS485的发送驱动器将自动开始工作。为防止从RS232站口发出的数据信号再被反馈到RS232端口，转换器专门设置了一个阻止反馈电路，使驱动器仅在发送时才工作，接收器在发送时不工作。RS232/RS485接口转换器的原理图3如下。

RS232/RS485串行口转换器的数据传输速率在19.2kbps情况下传输距离可达1.2km。可在温度0℃～70℃，相对湿度90％的环境中可靠工作。

2.3 接口转换器用于UPS的监控

RS485接口用于UPS远距离实时监控是很合适的。它既不需要在PC机总线上插专用卡，也不需要PC机与每台UPS一一连接，而只要每台设备的RS485口或RS232/RS485转换口互联起来再与PC机的RS485或RS232/RS485转换口连接起来即可。例如：信息中心、结算中心、指挥中心等，一个建筑物内有很多台UPS，它们可能是几种品牌又不同规格的，但只要安装有RS485接口，UPS又有监控软件，利用RS485接口的互联性能，将这些UPS连接起来，构成以微型计算机为中心的多站互联结构，就可以在总监控室用一台微型计算机远距离监控它们的实时工作状况，如图4所示。

如果微型计算机没有设置RS485接口，则可以使用RS232/RS485接口转换器转换成RS485通信格式再与UPS的RS485接口互联。当然对于只设有RS232接口而没有RS485接口的UPS，也同样可以使用RS232/RS485接口转换器以后再与别的UPS的RS232/RS485接口转换器互联，从而构成一台PC对多台UPS监控的网络。硬件连接完成以  后，RS232/RS485串口转换器不必做什么设置，只需将UPS的监控软件装入微型计算机，根据软件的提示一一对应地设置好每台UPS的编号或名称及COM口即可。设置好握手关系后即进入系统监控状态；需要监控哪台UPS的工作，只要调用其监控软件并按预先设置好的名称或编号进行相应的选择，UPS的实时工作参数就会显示出来。

这种以RS232/RS485接口转换器互联方式构成的一台微型计算机监控多台UPS的方式，对同一品牌的UPS远距离集群监控十分方便。对非同一品牌的UPS则需要调用自己的监控软件，虽操作较多，但比用每种品牌的UPS的通信协议重新开发一个综合的监控软件要经济得多。

2.4 工程实例

一个大型的500kV高压开关站，用三台30kVA的意大利康威斯UPS供给总控制室及各控制站房主要设备电力，并要求用总监控室的监控计算机监控这三台UPS的实时工作状况。考虑到这三台UPS虽然是同一品牌，但都只有RS232串行通信口，它们的安装地点距总监控室很远，且电站内强电力设备多，电磁*大等因素，决定采用RS232/RS485接口转换器进行互联、远传。方案如图5所示。

三台UPS的实时运行参数通过RS232/RS485接口转换器，将RS232接口的差分信号转换成平衡半双工RS485接口信号。然后将它们的接收端和发送端分别连接起来，再通过一个RS232/RS485接口转换器与数据处理机的RS232接口相连。数据处理机是电站内多种设备的数据综合处理设备，它可以根据监控计算机的指令按一定的程序传送三台UPS的实时工作数据。监控计算机的应用软件是专门开发的电站设备综合监控软件。平时监控计算机的监控画面是以绿色图标的形式表示各种设备工作正常。当某台UPS的图标变成红色或是需要仔细地查看三台UPS的实时运行状况时，只要点击指令就可以在监控计算机上展开三台UPS的详细运行参数。

以RS232/RS485接口转换器为主构成的这套UPS监控系统，既做到设备数据输出口的互联，简化了硬件设备，也达到了抗电磁*远距离可靠传送数据的要求。

2.5 应用经验

现代电子及计算机信息技术，为UPS的实时监控提供了许多可行的方法与设备。在什么情况下选用哪种方案最理想，是要从技术和成本两方面考虑的问题。根据实践经验，在电气环境相对较好的15m左右范围内，构成以多用户卡为主的一台微型计算机监控多台UPS的方式是适宜的。而对更远距离的监控或存在强电磁*的场合，则选用RS232/RS485接口转换器的方案更为可行。

用于对多台UPS进行监控的计算机可以很方便地构成局域网或连接互联网，这样就更扩展了对UPS集群监控的距离和范围，实现异地监控、对管理人员电话提示、对网络系统供电的管理等，在现代UPS监控软件的支持下都变得很容易。

现在很多厂家都研制、生产RS232/RS485接口转换器和多用户串口通讯卡，它们的电路原理大同小异，性能也没有太大的差别，使用者最好先研究一下它们的技术说明书，然后可根据UPS所配置的软、硬件情况及对多台UPS监控的要求进行选择。

接口与UPS设备之间的传输信号线要采用标准线，它们不要与电力线平行布置，最好放入金属线槽内，防止电磁*。多用户卡与各台UPS之间信号线的插接头要确保接触良好，RS232/RS485转换器要牢靠地连接在UPS的RS232接口上，可做一个支架增强连接的紧密性。

现代UPS，特别是中、大型UPS的监控软件设计的性能都比较先进，为多台UPS的集群测控提供了良好的技术支持。因为要监控的UPS较多，所以要特别注意做好软、硬件之间的调试；UPS方面要顺序地设置好每台的编号或名称，以及通讯方式等。微型计算机方面则要按软件的要求，一一对应设置好COM口和波特率等。这项工作要认真，仔细地进行，它是系统调试的关键环节。对于要求将UPS的集群监控纳入与环境温度、湿度等并列的集中监控系统时，则要提供UPS的开放式通信协议，以便与其它设备的监控软件组成一个完整的系统监控软件。

以一台微型计算机监控多台UPS的方式虽然有几种，但通过技术实践证明，采用多用户卡和接口转换器构成UPS集群监控系统的方式也是很好的。

by 张振毅