UPS在線監(jiān)測及維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 濤 緱文博 王 驥 洪 寶

UPS在線監(jiān)測及維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 濤 緱文博 王 驥 洪 寶

摘 要：UPS廣泛應(yīng)用于鐵路信號(hào)系統(tǒng)中，但有些信號(hào)機(jī)械室設(shè)置在高海拔或交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)，缺乏科學(xué)地檢測、管理工具，UPS維護(hù)管理人員很難對(duì)現(xiàn)場運(yùn)用的UPS進(jìn)行定期維護(hù)與測試。為此，開發(fā)UPS在線監(jiān)測及維護(hù)管理系統(tǒng)，并以信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備UPS供電為例，對(duì)信號(hào)機(jī)械室配電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測及維護(hù);不間斷電源;信號(hào)系統(tǒng);管理

張 濤：甘肅三聯(lián)自控成套設(shè)備有限責(zé)任公司 助理工程師730030 蘭州

緱文博：蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 碩士研究生730070 蘭州

王 驥：甘肅三聯(lián)自控成套設(shè)備有限責(zé)任公司 助理工程師730030 蘭州

洪 寶：甘肅三聯(lián)自控成套設(shè)備有限責(zé)任公司 助理工程師730030 蘭州

鐵路信號(hào)系統(tǒng)不僅要求供電電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、波型無雜波，而且需要不間斷供電，為此鐵路信號(hào)系統(tǒng)使用的所有電子設(shè)備都配備了不間斷電源(UPS)。但這些UPS需要進(jìn)行定期維護(hù)和在線監(jiān)測，然而分布在偏遠(yuǎn)山區(qū)或高海拔地區(qū)的無人值守站，交通極為不便，遇到雨雪等惡劣天氣，維修維護(hù)人員很難及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場。為此，開發(fā)UPS在線監(jiān)測及維護(hù)管理系統(tǒng)，對(duì)原有信號(hào)機(jī)械室配電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1 信號(hào)機(jī)械室UPS配電系統(tǒng)存在的問題

1．對(duì)于新采購或返修后的UPS，由于沒有專業(yè)化的測試設(shè)備，相當(dāng)多的UPS沒有進(jìn)行應(yīng)用前的測試與驗(yàn)收，而直接將UPS投入現(xiàn)場使用，UPS的可靠性無法得到保證。

2．由于沒有良好的檢測手段及科學(xué)的管理方法，使用者對(duì)于UPS的運(yùn)行情況，特別是蓄電池組性能狀況，如內(nèi)阻、剩余容量、端電壓，無法及時(shí)地了解和判斷。而這些數(shù)據(jù)的整理、存儲(chǔ)、分析需要較強(qiáng)的專業(yè)軟件和專用的檢測儀器。

3．使用者受到UPS廠家的宣傳誤導(dǎo)，以為UPS配備的免維護(hù)蓄電池不需要維護(hù)，實(shí)際使用中缺少對(duì)UPS的科學(xué)管理和維護(hù)，UPS蓄電池組在劣化早期不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使劣化積累、加劇，導(dǎo)致蓄電池組過早報(bào)廢。

4．雙路UPS并聯(lián)冗余的供電配線方式存在問題。以信號(hào)聯(lián)鎖UPS供電為例，各車站聯(lián)鎖中的計(jì)算機(jī)設(shè)備均采用雙路UPS并聯(lián)冗余的供電方案，UPS供電線路如圖1所示。

在正常工作狀態(tài)下，接頭XP1、XP2處于常通狀態(tài)，2臺(tái)UPS同時(shí)工作。市電正常時(shí)，通過UPS內(nèi)部電路整流濾波給蓄電池充電，同時(shí)也給逆變器供電，由逆變器輸出穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電接入冗余轉(zhuǎn)換器輸入端，由冗余轉(zhuǎn)換器自動(dòng)選擇一路輸出供給計(jì)算機(jī)等負(fù)載;市電斷開時(shí)，逆變器將蓄電池存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)換為交流電，通過冗余轉(zhuǎn)換器自動(dòng)選擇一路供給負(fù)載，實(shí)現(xiàn)電源的不間斷供給。

圖1 信號(hào)聯(lián)鎖UPS供電線路圖

當(dāng)2臺(tái)UPS同時(shí)故障或冗余轉(zhuǎn)換器故障無輸出時(shí)，K1、K2導(dǎo)通，L1點(diǎn)亮，輸入端交流電未經(jīng)過穩(wěn)壓整流直供至輸出端，無法保證交流電源的質(zhì)量，信號(hào)系統(tǒng)已處于故障狀態(tài)，此時(shí)如若市電斷開，信號(hào)設(shè)備將停止工作。

該狀態(tài)下如需對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)或檢修，首先申請(qǐng)“停點(diǎn)”，對(duì)信號(hào)設(shè)備停電或手動(dòng)切換至直供狀態(tài)，通過重新配線將UPS電源從信號(hào)系統(tǒng)中分離出來;然后進(jìn)行維護(hù)或檢修，完成后再接入原信號(hào)系統(tǒng)中。由于各車站信號(hào)設(shè)備配備的UPS電源均為2～5臺(tái)，所以采用此種維護(hù)方式不僅增加維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，而且影響運(yùn)輸效率和運(yùn)輸安全。

2 UPS在線監(jiān)測及維護(hù)管理系統(tǒng)

UPS在線監(jiān)測及維護(hù)管理系統(tǒng)，主要由在線式UPS電源、智能UPS在線監(jiān)測維護(hù)儀、上位管理機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控終端、檢修測試臺(tái)等組成，整體系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

2.1 硬件設(shè)計(jì)、供電線路改造及上位管理機(jī)連接

根據(jù)原有機(jī)房設(shè)備的UPS供電線路 (如圖1所示)，將智能UPS在線監(jiān)測維護(hù)儀加裝至UPS和冗余轉(zhuǎn)換器之間，實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的在線檢測和維護(hù)。UPS配電系統(tǒng)改進(jìn)原理圖如圖3所示。

智能UPS在線監(jiān)測維護(hù)儀采用51系列單片機(jī)，控制UPS輸入、輸出電源與市電、假負(fù)載的高速切換，并在LCD顯示屏上實(shí)時(shí)顯示;選用CS5460實(shí)現(xiàn)了功率、電流、電壓檢測和電能計(jì)量等功能;另外，通過RS-232串口實(shí)現(xiàn)與上位管理機(jī)通信，完成數(shù)據(jù)的上傳與下載以及歷史數(shù)據(jù)的查詢等功能。

在正常工作狀態(tài)下，高速切換電路J1導(dǎo)通，J2斷開，J3上接點(diǎn)導(dǎo)通。市電正常時(shí)，輸入的交流電經(jīng)過UPS內(nèi)部電路整流濾波，然后給蓄電池充電。同時(shí)也給逆變器供電，由逆變器輸出穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電供給計(jì)算機(jī)等負(fù)載;市電斷開時(shí)，逆變器將蓄電池存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)換為交流電供給負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)電源的不間斷供給。

圖2 UPS在線監(jiān)測及維護(hù)管理系統(tǒng)原理圖

圖3 UPS配電系統(tǒng)改進(jìn)原理圖

圖4 UPS遠(yuǎn)程管理軟件數(shù)據(jù)流程圖

在對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)狀態(tài)下，高速切換電路J4斷開，J5導(dǎo)通，J6下接點(diǎn)導(dǎo)通。此時(shí)，UPS逆變器將蓄電池存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)換為交流電供給放電假負(fù)載;同時(shí)，市電高速切換 (3～5 ms)至計(jì)算機(jī)等用電設(shè)備，保證在對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)時(shí)，計(jì)算機(jī)正常工作。

當(dāng)智能UPS在線監(jiān)測維護(hù)儀出現(xiàn)故障或誤關(guān)機(jī)時(shí)，該設(shè)備能保證高速切換電路J1導(dǎo)通，J2斷開，J3上接點(diǎn)導(dǎo)通，按照“故障導(dǎo)向安全”的設(shè)計(jì)理念，保證計(jì)算機(jī)等用電設(shè)備正常工作。

2.2 UPS遠(yuǎn)程綜合管理功能設(shè)計(jì)

鐵路個(gè)別無人值守車站地處高海拔、偏遠(yuǎn)地區(qū)，交通不便，而信號(hào)設(shè)備管理人員需要實(shí)時(shí)監(jiān)測到某站UPS工作狀態(tài)，還需要遠(yuǎn)程控制UPS對(duì)其進(jìn)行定期維護(hù)，并對(duì)維護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以掌握UPS的性能狀況。同時(shí)，能夠查詢各站UPS歷史維護(hù)記錄、UPS型號(hào)、服役時(shí)間、返修時(shí)間以及UPS故障報(bào)警信息等。UPS遠(yuǎn)程管理軟件數(shù)據(jù)流程圖如圖4所示。

通過智能UPS在線檢測維護(hù)儀實(shí)時(shí)采集的各站點(diǎn)的UPS數(shù)據(jù) (包括蓄電池組運(yùn)行參數(shù)、性能參數(shù))，經(jīng)RS-232接口與上位管理機(jī)連接，由管理軟件將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，形成報(bào)文通過專用網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

UPS檢修測試臺(tái)，主要檢測返修UPS的各項(xiàng)參數(shù)，判斷新UPS及維修后UPS是否合格;配備專門的測試設(shè)備，可精確地檢測UPS電池的內(nèi)阻、容量，確保UPS檢修質(zhì)量。同時(shí)可進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸。

數(shù)據(jù)服務(wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理，繪出各站點(diǎn)UPS的運(yùn)行參數(shù)、性能參數(shù)曲線，對(duì)故障UPS及時(shí)報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警事件的類別、起始、結(jié)束時(shí)間實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，以備管理人員從終端設(shè)備進(jìn)行查詢。此外，數(shù)據(jù)服務(wù)器還具有車間UPS及維護(hù)備件庫存管理、各站設(shè)備統(tǒng)計(jì)、維修數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印、備件器材的參數(shù)說明和性能指標(biāo)、UPS壽命報(bào)警等功能。

終端查詢系統(tǒng)在電務(wù)局域網(wǎng)的平臺(tái)上，管理和查詢服務(wù)器管理系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，使車站、電子設(shè)備車間、信號(hào)工區(qū)等橫向連接，從而構(gòu)建UPS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。

3 結(jié)論

綜上所述，通過建立UPS在線監(jiān)測及維護(hù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)UPS壽命周期全過程“身份”管理，不僅可以讓UPS檢測更加安全可靠，而且全自動(dòng)專業(yè)化測試讓UPS檢修人員的工作量降低為零，UPS測試結(jié)果更加精準(zhǔn)。同時(shí)，定期遠(yuǎn)程對(duì)鐵路沿線信號(hào)機(jī)械室UPS進(jìn)行維護(hù)，不僅保證了在任何狀態(tài)下UPS供電的穩(wěn)定與安全，幫助檢修人員提前找到UPS故障隱患，節(jié)省了設(shè)備維保的交通成本和人力資源占用，也實(shí)現(xiàn)了“故障修”向“預(yù)防修”改進(jìn)的檢修新模式。

目前，該系統(tǒng)已在蘭州北站信號(hào)機(jī)械室安裝運(yùn)用，自動(dòng)完成對(duì)機(jī)械室內(nèi)UPS的維護(hù)工作。用戶使用回饋信息表明，該系統(tǒng)不僅可以有效的減少現(xiàn)場UPS維護(hù)工作量，而且提高了UPS電源的運(yùn)用可靠性及使用壽命，使電務(wù)系統(tǒng)中UPS的智能檢測維護(hù)難題得到很好地解決。

［1］張乃國．UPS供電系統(tǒng)應(yīng)用手冊(cè)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2004，2.

［2］林瑜筠．鐵路信號(hào)電源［M］．北京：中國鐵道出版社，2008，1.

［3］中華人民共和國鐵道部．鐵運(yùn)［2006］127號(hào).鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)I［S］．2006.

Abstract:UPSs are widely used in railway signaling system．However，it is difficult for UPS maintenance managers to conduct regular maintenance and testing of the UPSs on the site due to the lack of scientific detection and management tools at some signal equipment rooms at high altitude regions or inaccessible remote areas.To this end，we developed a UPS on-line monitoring and maintenance management system and improved the electricity distribution system of signaling room in the case of signal interlocking UPS．

Key words:Online monitoring and maintenance;UPS;Signaling system;Management

甘肅省科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(11C26226206212)

2013-04-15

(責(zé)任編輯：諸 紅)