Pobierz najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Współpraca UPS-ów z systemami NAS na przykładzie zasilaczy awaryjnych PowerWalker ze złączem USB HID

Printer Friendly and PDF

Problem niezawodnego zasilania urządzeń elektronicznych dotyczy nas wszystkich, zarówno użytkowników urządzeń domowych, jak i profesjonalistów wykorzystujących systemy elektroniczne w celach biznesowych czy przemysłowych. Tyle tylko, że instalacje profesjonalne są z reguły zasilane z gwarantowanego, bezpiecznego źródła energii, zaś instalacje prywatne przeważnie nie są.

Zastanówmy się, jak dalece komfort naszego życia był uzależniony od niezawodnego działania urządzeń elektronicznych kilkadziesiąt lat temu. Odpowiedź jest prosta – zależność nie była duża. W przypadku chwilowej przerwy w dostawach energii elektrycznej w domach robiło się ciemno i przestawały działać telewizory. Szczytowe odłączenia fragmentów sieci energetycznej obejmujących całe dzielnice nie należały do rzadkości, więc domownicy mieli zawczasu przygotowane świece i zapałki.

Obecnie sytuacja uległa diametralnej zmianie. Liczba urządzeń elektronicznych, od których zależy nie tylko nasz komfort, ale i bezpieczeństwo, znacznie wzrosła. Przykładem mogą być komputery, układy automatyki domowej, systemy alarmowe, wizyjne systemy dozorowe, w tym kamery, serwery wizyjne, pamięci NAS. Spróbujmy skupić naszą uwagę na ostatnim z wymienionych elementów.

Czym jest pamięć NAS? Jest to samodzielna jednostka sieciowa, której zadaniem jest gromadzenie i udostępnianie danych cyfrowych. Pamięć NAS zawiera od kilku do kilkunastu dysków HD, przeważnie połączonych w macierz RAID o odpowiednim standardzie, oraz jednostkę sterującą, która przypomina komputer. Ma procesor, pamięć RAM, interfejsy wejścia/wyjścia.

Współczesne pamięci NAS mają również inne funkcje. Mogą przetwarzać zgromadzone dane, udostępniać w sieci pliki i strumienie multimedialne, szyfrować zapisywane i udostępniane dane. Można do nich podłączyć monitor i korzystać z danych zawartych w pamięci bez potrzeby przenoszenia ich na inne urządzenie.

Fot. 1. PowerWalker VI 650-850 SHL

 

W wielu przypadkach pamięci NAS są instalowane w bezpiecznych miejscach, odległych od systemów, które obsługują. W ten sposób realizowana jest redundancja geograficzna. Jedna jednostka NAS może gromadzić dane z wielu systemów biurowych, dozorowych, multimedialnych, a więc jest urządzeniem uniwersalnym.

Skutki awaryjnego wyłączenia pamięci NAS bez uprzedniego zamknięcia systemu operacyjnego mogą być poważne. Nagłe przerwanie procesów zapisu danych może spowodować nieodwracalne straty w całym zgromadzonym materiale archiwalnym. Innym negatywnym efektem nagłego wyłączenia pamięci NAS jest utrata komunikacji z obsługiwanymi systemami. Przykładowo, kamery pracujące w wizyjnych systemach dozorowych, które wysyłają strumienie wizyjne do pamięci NAS, nagle pozostają bez obsługi i muszą awaryjnie gromadzić dane w swoich pamięciach wewnętrznych.

Pamięć NAS ma swoje zabezpieczenia na wypadek awarii któregoś z dysków czy innej usterki systemowej, ale nawet chwilowa przerwa w zasilaniu, której długość nie przekracza kilkudziesięciu milisekund, może spowodować zawieszenie się systemu operacyjnego, co oznacza konieczność resetu i ponownego uruchomienia pamięci NAS. Podobne mogą być skutki krótkich przepięć w sieci energetycznej. I tu z pomocą przychodzą zasilacze UPS, które uwalniają nas od zjawisk opisanych powyżej.
Najprostsze z nich pracują w trybie off-line i są uruchamiane w momencie awarii sieci energetycznej. W normalnych warunkach ich przetwornice nie pracują, gniazda wyjściowe są połączone bezpośrednio z siecią energetyczną, aktywne są jedynie układy utrzymujące akumulatory w stanie naładowania. W chwili awarii następuje uruchomienie przetwornic i przełączenie gniazd wyjściowych. Taki tryb pracy jest bardzo oszczędny, gdyż przetwornice pracują tylko wtedy, kiedy są naprawdę potrzebne, lecz jest to okupione koniecznością przełączania obwodu wyjściowego, co zajmuje kilkanaście milisekund. A zatem w momencie zaniku napięcia w sieci energetycznej następuje bardzo krótka przerwa w zasilaniu urządzeń podłączonych do zasilacza UPS. Większość komputerów i innych współczesnych urządzeń elektronicznych nie reaguje na tego typu przerwę. Praktycznie w ogóle jej nie zauważa.

Fot. 2. PowerWalker VI-VFI RT HID

 

Do osobnej kategorii należą zasilacze pracujące w trybie off-line określane mianem line-interactive. Przeważnie zasilacze line-interactive mają wbudowany układ AVR, czyli rodzaj automatycznego stabilizatora napięcia wyjściowego, który aktywuje się w sytuacjach, w których napięcie w sieci energetycznej jest zbyt niskie lub zbyt wysokie. Ponadto filtrowane są przepięcia i korygowane są zniekształcenia przebiegu napięcia wyjściowego. Taki zasilacz awaryjny nadal wymaga przełączania źródła zasilania – zasilanie sieciowe jest zastępowane bateryjnym, ale trwa to krócej, zaś jakość napięcia wyjściowego jest lepsza.

Zasilacze UPS pracujące w trybie on-line stanowią najdoskonalsze rozwiązanie problemu awaryjnego zasilania urządzeń elektronicznych. Pracują one w sposób ciągły i dwukrotnie przetwarzają energię elektryczną. Przetwornice działają cały czas, więc w momencie awarii nie ma potrzeby przełączania gniazd wyjściowych i w związku z tym w ogóle nie występuje nawet najkrótszy zanik napięcia wyjściowego.

Tej klasy zasilacze UPS składają się z trzech podstawowych bloków. Pierwszym z nich jest konwerter AC/DC, w którym następuje zamiana prądu przemiennego z sieci energetycznej na prąd stały o niskim napięciu. Drugim blokiem jest bateria akumulatorów instalowana wewnątrz lub na zewnątrz zasilacza UPS, zależnie od potrzeb. Jeśli wymagane są długie czasy podtrzymania zasilania w warunkach awaryjnych, bateria akumulatorów musi mieć znaczną pojemność i nie zmieściłaby się w obudowie zasilacza, dlatego jest instalowana na zewnątrz. Trzecim blokiem jest falownik DC/AC wytwarzający ponownie sinusoidalne napięcie przemienne.

Typowym elementem składowym zasilaczy UPS jest ładowarka do akumulatorów. Nie jest to osobne urządzenie, a raczej fragment układu wewnętrznego, który w kontrolowany sposób pozwala utrzymywać akumulatory w stanie pełnego naładowania. Omawiane zasilacze (VFI TGS) UPS wyróżniają się tym, że wydajność prądowa ładowarki wynosi aż 6 A, co jest szczególnie ważne, gdy stosowane są rozbudowane baterie akumulatorów o dużej pojemności.

Ogromny postęp w dziedzinie produkcji półprzewodników oraz magnetyków w ostatnich latach umożliwił opracowanie i wdrożenie do produkcji konwerterów AC/DC i DC/AC o wysokiej sprawności energetycznej i dużej mocy. Sprawność energetyczna dochodząca do 98% oznacza małe straty cieplne, a tym samym niskie wymagania dotyczące chłodzenia. Nowoczesne zasilacze UPS mają niewielkie rozmiary i pracują cicho, gdyż nie wymagają stosowania wydajnych i w związku z tym hałaśliwych wiatraków. W omawianym przypadku poziom hałasu wytwarzanego przez układ chłodzenia zasilacza UPS (seria VFI TG i VFI TGS) jest podobny do poziomu hałasu wydobywającego się z przeciętnego komputera biurowego, więc jest do zaakceptowania nawet w pomieszczeniach, w których stale przebywają pracownicy.

Osobnym zagadnieniem jest inteligentna współpraca zasilacza UPS z zasilaną przez niego pamięcią NAS lub serwerem wizyjnym. Nawet najdoskonalszy zasilacz wyposażony w baterię akumulatorów o dużej pojemności może pracować w warunkach awaryjnych jedynie przez określony czas. Po upływie tego czasu inicjowana jest procedura odłączenia zasilania. Mamy tu do czynienia z dwoma problemami. Po pierwsze nie można dopuścić do nadmiernego rozładowania akumulatorów, gdyż spowoduje to ich trwałe uszkodzenie i zmusi do wymiany całej baterii na nową. Po drugie, jeśli już ma dojść do całkowitego odłączenia zasilania, pamięć NAS lub serwer wizyjny musi zadbać o swoje bezpieczeństwo i pozamykać systemy operacyjne. Oznacza to, że zasilane urządzenia powinny być odpowiednio wcześnie powiadomione o tym, że za chwilę zabraknie zasilania.

Fot. 3. PowerWalker VFI TG-TGS

 

W przeszłości do komunikacji między zasilaczami UPS a zasilanymi urządzeniami stosowane były różne interfejsy, w tym porty szeregowe RS232, porty równoległe Centronics lub inne porty charakterystyczne dla danej kategorii wyrobów. W takich warunkach pojawiały się problemy z kompatybilnością. Projektanci systemów musieli sprawdzać, czy oferowane pamięci NAS znajdują się na liście urządzeń kompatybilnych z danym UPS-em.

Rozwiązanie tych problemów nastąpiło po wprowadzeniu na rynek interfejsu USB HID, stanowiącego obecnie najpopularniejsze łącze do komunikacji między urządzeniami elektronicznymi. Należy pamiętać, że ten interfejs to coś więcej niż zwykłe gniazdo USB. Dzięki standaryzacji interfejsu USB HID możliwe było stworzenie oprogramowania pozwalającego na wymianę informacji między urządzeniami rożnych producentów. Obsługujące ten interfejs sterowniki do systemów operacyjnych Windows i Linux są powszechnie dostępne. Większość współczesnych pamięci NAS i zasilaczy UPS została wyposażona w takie ujednolicone sterowniki.

Użycie interfejsu USB HID stanowi gwarancję wzajemnej kompatybilności urządzeń i umożliwia automatyzację pracy zestawu UPS – NAS, więc w razie awarii ingerencja administratora systemu nie będzie konieczna. Jest to szczególnie ważne, gdy pamięć NAS jest zainstalowana z dala od systemu, który z niej korzysta.

Bardzo istotne jest ponowne uruchamianie pamięci NAS po przywróceniu zasilania z sieci energetycznej. Jeśli już doszło do całkowitego odłączenia zasilania, ale system operacyjny został zamknięty w kontrolowany sposób, z całą pewnością nie nastąpiło uszkodzenie zapisanych danych i pamięć NAS można ponownie uruchomić. Odbywa się to również z użyciem interfejsu USB HID.

Przejdźmy teraz do opisu produktów oferowanych przez firmę Impakt. Można je podzielić na cztery grupy w zależności od parametrów i przeznaczenia.

Zasilacze PowerWalker UPS z serii VI SH i VI SHL są przeznaczone do zastosowań domowych lub biurowych. Przeważnie są używane do zasilania jednego komputera wraz z wyposażeniem. Typowy model to PowerWalker VI 850 SHL. Jest to mały zasilacz UPS z interfejsem HID i wyświetlaczem ciekłokrystalicznym ułatwiającym jego obsługę. Komunikację między zasilaczem UPS a komputerem przejmuje interfejs USB HID. Użytkownicy komputerów nie muszą instalować żadnego dodatkowego oprogramowania. Zasilacze z tej serii działają w trybie line-interactive, więc są oszczędne pod względem energetycznym. Pracują cicho, gdyż w ogóle nie mają wiatraków chłodzących. Ich moc wyjściowa wynosi około 500 W. Mają wbudowany akumulator o pojemności 9 Ah i przy obciążeniu równym połowie mocy znamionowej zapewniają zasilanie przez 6 minut. Jest to czas, który wystarczy na zapisanie plików roboczych, zamknięcie aplikacji i wyłączenie systemu operacyjnego w komputerze.

Zasilacze PowerWalker UPS z serii VI T-HID służą do zasilania urządzeń, które wymagają napięcia o niezniekształconym przebiegu sinusoidalnym. Znajdują zastosowanie w bankomatach, automatycznych punktach sprzedaży, a także w obiektach przemysłowych. Ich małe rozmiary ułatwiają montaż w miejscach o ograniczonej dostępności. Do komunikacji między zasilaczem UPS a odbiornikiem energii służy interfejs USB HID. Zasilacze z tej serii pracują w trybie line-interactive. Chłodzenie jest zapewnione przez wbudowany wiatrak, który jest uruchamiany jedynie wówczas, gdy jest to potrzebne, zazwyczaj podczas pracy na baterii oraz w momencie ładowania akumulatorów po przywróceniu zasilania 230 V. Moc wyjściowa wynosi około 700 W (dla modelu VFI 1000 T/HID). Zasilacze z serii VI T-HID mają wbudowane dwa akumulatory o pojemności 7 AH każdy i przy obciążeniu równym połowie mocy znamionowej zapewniają zasilanie przez 11 minut. Jest to wystarczający czas na zakończenie wszystkich procesów realizowanych przez zasilane urządzenia.

Zasilacze PowerWalker UPS z serii VI RT HID są przeznaczone do montażu w szafach instalacyjnych o szerokości 19". Typowym przedstawicielem tej klasy zasilaczy jest model PowerWalker VI 3000 RT HID. Przeważnie jest on wykorzystywany do zasilania serwerów i innych stacjonarnych urządzeń teleinformatycznych. Podobnie jak w poprzednio opisanych modelach, za komunikację między zasilaczem UPS a serwerem odpowiedzialny jest interfejs USB HID. Zasilacze z tej serii pracują w trybie line-interactive. Do chłodzenia służą wbudowane wiatraki. Moc wyjściowa wynosi 2700 W. Zasilacze VI 3000 RT HID mają wbudowane 6 akumulatorów o pojemności 9 Ah każdy i przy obciążeniu równym połowie mocy znamionowej zapewniają zasilanie przez 7 minut. W tym czasie można zakończyć wszystkie procesy realizowane przez zasilane urządzenia.

Najnowsze zasilacze PowerWalker UPS z serii VFI TG służą do zasilania urządzeń, które wymagają bardzo stabilnego napięcia przemiennego o niezniekształconym przebiegu sinusoidalnym, i są przeznaczone dla użytkowników stawiających najwyższe wymagania eksploatacyjne. Zasilacze pracują w trybie on-line, czyli proces przełączania gniazd wyjściowych w ogóle nie występuje. Energia na wyjściu tych zasilaczy jest dostarczana w sposób ciągły, bez najmniejszych przerw. Komunikację między zasilaczem UPS a zasilanymi urządzeniami przejmuje interfejs USB HID. Moc wyjściowa w przypadku modelu VFI 1000 TG wynosi około 900 W. Sprawność energetyczna przy pełnym obciążeniu wynosi 89%, a chłodzenie jest zapewnione przez wbudowane wiatraki. Ze względu na wysoką jakość sinusoidalnego napięcia wyjściowego zasilacze z tej serii znajdują wiele zastosowań. Służą na przykład do zasilania sprzętu medycznego, pomiarowego czy naukowego. Oczywiście to nie wszystkie możliwe zastosowania. Napięcie wyjściowe o dużej stabilności i brak nawet najkrótszych przerw w dostawie energii elektrycznej są ich cechami wyróżniającymi.

Zasilacz VFI 1000 TG ma wbudowane dwa akumulatory o pojemności 7 Ah każdy i przy obciążeniu równym połowie mocy znamionowej zapewniają zasilanie przez 10 minut. Jest to wystarczający czas na zakończenie wszystkich procesów realizowanych przez zasilane urządzenia.

Wszystkie opisane modele zasilaczy UPS są wyposażone we wbudowane ładowarki służące do utrzymywania akumulatorów w stanie pełnego naładowania i mające wydajność prądową 1 lub 1,5 A, co pozwala na uzupełnienie ładunku w rozładowanych akumulatorach w ciągu kilku godzin. W przypadku stosowania rozbudowanych, zewnętrznych baterii akumulatorów o dużej pojemności ta wartość natężenia prądu ładowania mogłaby okazać się zbyt niska. W takiej sytuacji należy zastosować zasilacz UPS z serii PowerWalker VFI TGS. Jego parametry są podobne jak w modelu PowerWalker VFI TG, lecz natężenie prądu wyjściowego ładowarki może być regulowany i wynosi 3 A lub 6 A, w zależności od realnych potrzeb.

Ten krótki przegląd nie ukazuje w pełni oferty firmy Impakt. Osoby zainteresowane szczegółowymi informacjami zapraszam na stronę www.impakt.com.pl.

Impakt

Zabezpieczenia 6/2016

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony