МИР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ ПК

технический журнал для специалистов сервисных служб

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

Интерфейсы источников бесперебойного питания APC. Принципы организации, методы диагностики и особенности схемотехники.


 

Возможность управления источниками бесперебойного питания, а также возможность получать от UPS сигналы предупреждения об аварийных ситуациях, позволяет вывести организацию электропитания на отдельном рабочем месте или внутри рабочей группы на совершенно иной уровень. Интерфейсы источников бесперебойного питания обеспечивают такие возможности но при соблюдении определенных условий, среди которых можно назвать знание принципов организации и работы этих интерфейсов, и конечно же их исправность. Именно эти вопросы и являются основной темой нижеследующей статьи.

Источниками бесперебойного питания корпорации APC для связи с компьютером используется 9-контактный разъем. С помощью этого коммуникационного интерфейса и специального интерфейсного кабеля можно обеспечить контроль состояния источника питания, а также можно управлять его работой.

Источники бесперебойного питания семейства SmartUPS поддерживают два типа коммуникационных режимов:

- стандартный сигнальный режим («standard» signaling mode);

- интеллектуальный сигнальный режим («smart» signaling mode).

В стандартном режиме, контроль состояния UPS осуществляется путем простого анализа уровней сигналов интерфейса, а управление – установкой определенных линий интерфейса в соответствующие уровни напряжений.

А вот интеллектуальный режим подразумевает использование специальных командных последовательностей для мониторинга UPS и управления его работой. Команды, посылаемые на UPS в интеллектуальном коммуникационном режиме, представляют собой определенные последовательности ASCII-кодов, образующих, так называемый, язык управления связью с UPS (UPS-Link Control Language). Эти команды передаются на UPS с использованием протокола передачи последовательных данных по RS-232. Разговор о языке управления, командах этого языка, их формате и выполняемых функциях у нас еще впереди, а сейчас в поле нашего зрения попал именно коммуникационный интерфейс и его сигналы.

Как мы уже сказали, управлять и контролировать состояние UPS можно простым способом – через сигналы коммуникационного интерфейса. Разъем этого интерфейса, обычно, находится на основной плате UPS и представляет собой двухрядный 9-контактный разъем D-типа (female – розетка), распределение сигналов на котором показано на рис.1.

Рис.1

Каждый из 9-ти контактов этого интерфейса имеет вполне определенную функцию. Рассмотрим назначение сигналов интерфейса на примере источников бесперебойного питания SmartUPS. Описание сигналов дается в таблице1.

Таблица 1. Описание сигналов источников беспереьойного питания SmartUPS.

Наименование

Описание

1

Shutdown Input 

Входной сигнал отключения UPS. Для выключения UPS, на этом контакте должен установиться TTL-сигнал высокого уровня (+5В) или сигнал высокого уровня интерфейса RS-232 (+12 В) на время не менее 4.5 секунд. UPS выключается  через 20 секунд после активизации сигнала. UPS реагирует на сигнал отключения только в том случае, если находится в режиме работы от аккумуляторов. Если используется интеллектуальный сигнальный режим (smart signaling mode) для управления UPS, то данный контакт используется для приема входных (управляющих) данных от ПК. Если UPS был выключен посредством данного сигнала, то включение UPS возможно только после того, как входное сетевое напряжение вновь станет номинальным.

2

Transfer To On Battery Signal Output 

Выходной сигнал, показывающий, что UPS перешел на питание от аккумуляторных батарей. В тот момент, когда UPS переключается на питание от батарей, этот сигнал изменяет свое состояние с низкого уровня интерфейса RS-232 (-12В) на высокий уровень интерфейса RS-232 (+12 В). Поэтому «нормальным» состоянием этого сигнала, т.е. когда входное сетевое напряжение находится на номинальном уровне, является состояние низкого  уровня (-12В). Если  используется интеллектуальный сигнальный режим (smart signaling mode), то данный контакт используется для передачи выходных данных от UPS на ПК.

3

Normally Open On Battery Signal 

Выходной сигнал, показывающий, что UPS перешел на питание от аккумуляторных батарей. Основное отличие данного сигнала от сигнала на конт.2 заключается в том, что он является выходом с открытым коллектором, и поэтому может управлять цепями, работающими с сигналами уровней TTL. Сигнал Normally Open On Battery устанавливается в низкий уровень в момент перехода UPS на работу от аккумуляторных батарей. Так как это выход с открытым коллектором, то через внешние схемы к этому контакту  должно прикладываться  смещающее напряжение уровня TTL. Кроме того, этот контакт позволяет напрямую управлять какой-либо нагрузкой, питающейся от напряжения величиной до 40 В, но величина тока нагрузки в этом случае не должна превышать значения 50 мА. Нагрузка, напрямую управляемая данным контактом не должна быть индуктивного типа. Если же этим контактом  должно управляться, например, реле, то управляющая катушка реле обязательно шунтируется фиксирующим диодом (Catch – диодом). Примеры реализации цепей, управляемых сигналом Normally Open On Battery, представлены на рис.2.

4

Common 

Общий. Этот контакт используется в качестве общего для входных и выходных сигналов интерфейса. Этот контакт отделен от земли шасси (корпуса) UPS резистором, имеющим сопротивление 20 Ом.

5

Normally Open Low Battery Signal 

Выходной сигнал, показывающий, что аккумуляторные батареи разряжены. Данный контакт является выходом с открытым коллектором. Сигнал на контакте устанавливается в низкий уровень в том случае, если напряжение на батареях становится ниже соответствующего порога, т.е. когда батареи разряжаются. Этот вывод совместим с сигналами уровней TTL. Кроме того, к контакту напрямую можно подключать нагрузку, питающуюся напряжением до +40В, при этом ток через контакт не должен превышать величины 50мА. Подключаемая нагрузка не должна быть индуктивного типа.  Если же этим контактом  должно управляться, например, реле, то управляющая катушка реле обязательно шунтируется фиксирующим диодом (Catch – диодом). Примеры реализации цепей, управляемых сигналом Normally Open Low Battery Signal, аналогичны тому, что представлены на рис.2.

6

Normally Closed On Battery Signal 

Выходной сигнал, показывающий, что UPS перешел на питание от аккумуляторных батарей. Данный контакт является выходом с открытым коллектором. Отличие данного сигнала от сигнала на конт.3 заключается в том, что внутренний транзистор, управляющий данным сигналом,  при переходе на питание от аккумулятора выключается, устанавливая сигнал на этом контакте в высокий уровень (в то время как транзистор, управляющий контактом 3, наоборот открывается, устанавливая свой выходной сигнал в низкий уровень).

7

Remote Turn On/Off 

Входной сигнал удаленного включения и выключения UPS. UPS включается и запитывает подключенную к нему нагрузку при установке этого сигнала в высокий уровень интерфейса RS-232 (+12 В) на время, большее чем 1 секунда. Если же к данному контакту прикладывается потенциал земли (0В) на время большее, чем 1 секунда, UPS выключается.

8

Unregulated +24 Vdc 

Нерегулируемое напряжение +24В постоянного тока. На этом контакте должно присутствовать напряжение не ниже +18В. Между источником тока напряжения +24В (+18В) и контактом 8 должен последовательно включаться токоограничивающий резистор, который ограничивает ток контакта 8 на уровне 40 мА. В некоторых моделях UPS серий Back и BackPro, работающих от одной  12-вольтовой аккумуляторной батареи, данный вывод не используется, оставаясь не подключенным.

9

Common 

Общий. Этот контакт используется в качестве общего для входных и выходных сигналов интерфейса. Этот контакт отделен от земли шасси (корпуса) UPS резистором, имеющим сопротивление 20 Ом.

Рис.2

Стоит отметить, что источники и других семейств (BackUPS и BackUPS PRO) имеют почти такой же интерфейс, за исключением конт.8, который в большинстве моделей BackUPS и BackUPS PRO просто не используется (не подключен).

Для связи компьютера с UPS существует несколько типов соединительных кабелей:

1. APC Dumb UPS Cable (Simple) – номер по фирменному каталогу № 940-0020. Можно встретить еще такое название этого кабеля, как Simple Signaling Cable. Этот кабель серого цвета (gray cable) с двумя 9-ти контактными разъемами на концах (рис.3) и предназначен он, в основном, для UPS семейства BackUPS.

Рис.3

Схема соединения контактов в данном кабеле демонстрируется на рис.4.

Рис.4

Для работы с UPS посредством данного кабеля, используется программа APC PowerChute Plus. Как видно из схемы соединений, применяя этот кабель, можно управлять включением и выключением UPS (сигнал Shutdown), а также получить сообщение от UPS о его переходе на работу от аккумулятора, т.е. о пропадании входного сетевого напряжения (сигнал AC Fail). Состояние аккумуляторных батарей, т.е. низкий уровень их заряда, данным интерфейсом не контролируется, хотя соответствующий сигнал на разъеме UPS присутствует (конт.5 – сигнал Low Battery). Поэтому кабель Dumb UPS можно несколько доработать для того, чтобы можно было проверять и состояние аккумуляторов. Схема доработанного кабеля представлена на рис.5.

Рис.5

Так как конт.5 на разъеме UPS является выходом с открытым коллектором, то его можно подключить к базе транзистора Q1 прямой проводимости. Полученный вариант кабеля тестировался на операционных системах Windows 2000 и Windows 2003. При тестировании использовалась программа PowerChute 5.2.x для Win'2000, а также встроенная системная служба UPS этих операционных систем.

2. APC Smart Signaling Cable – номер по фирменному каталогу №940-0024С. Этот кабель черного цвета (black cable) также имеет два 9-ти контактных разъема типа D-SUB на концах (рис.6).

Рис.6

Этот «интеллектуальный» кабель предназначен для работы с UPS семейств BackProUPS и SmartUPS. Этот кабель разрабатывался специально для режима работы Smart Signaling, хотя и режим Simple Signaling также может поддерживаться данным кабелем. Для работы с кабелем APC Smart Signaling Cable должны использоваться такие программы, как APC PowerChute Plus, PowerChute V/S, хотя возможно применение и программы PowerChute Pro. Схема соединения контактов в данном кабеле демонстрируется на рис.7.

Рис.7

3. APC Back-UPS Pro Cable - номер по фирменному каталогу №940-0095A. Этот кабель фирмой APC часто называется кабелем Plug&Play. Уже из названия понятно, что данный кабель предназначен для источников семейства BackUPS Pro и для работы с ним используется программа PowerChute Pro. Схема соединения контактов в данном кабеле демонстрируется на рис.8.

Рис.8

Интересной особенностью данного кабеля является то, что сигнал RI подключен параллельно сигналу RxD. Это дает возможность UPS'у после подачи питания в нагpузку, включать компьютер форм-фактора ATX при условии, что этим компьютером поддерживается и в нем активизирована функция "Power Up at Ring on COMx" (включение питания при вызове по линиям COM).

Встречается и другая модификация рассматриваемого кабеля. Эта модификация кабеля имеет номер по каталогу №940-0095В. Основное отличие его от рассмотренного варианта заключается в том, что сигнал RTS взаимодействует с TxD так, что при активном RTS передача невозможна. Это можно рассматривать в качестве защиты от посылки на UPS несанкционированных команд разными не сертифицированными программными продуктами. А вот программа PowerChute снимает сигнал RTS при своей работе, и обеспечивает себе доступность UPS. Наличие защиты посредством сигнала RTS делает невозможным доступ к UPS через терминал. Схема соединения контактов в кабеле №940-0095В демонстрируется на рис.9

Рис.9

4. APC Rack Mount Smart Signaling DB9 cable – этот кабель предназначен для UPS, монитруемых в стойку. Кабель распространяется под фирменным номером №940-1524С. Этот кабель полностью аналогичен кабелю с № 940-0024С (Smart Signaling Cable), но имеет большую длину – 5 метров, что предусматривает более высокие требования к экранированию и изоляции кабеля.

Теперь переходим к вопросу тестирования коммуникационного интерфейса источников бесперебойного питания фирмы APC.

Методика тестирование коммуникационного интерфейса UPS фирмы APC

Тестирование работоспособности коммуникационного интерфейса UPS осуществляется на основании информации, представленной в табл.1, в которой описывается назначение сигналов и особенности их формирования. Для полнофункционального тестирования потребуются следующие приборы и измерительные инструменты:

- регулируемый автотрансформатор – ЛАТР (Variac);

- мультиметр;

- резистор номиналом 48 кОм (±5 кОм);

- провод-перемычка.

Подготовив все это, начинаем процедуру тестирования в следующем порядке.

1. UPS подключаем к выходу ЛАТР, а ЛАТР включаем в сеть.

2. На выходе ЛАТР устанавливаем напряжение переменного тока величиной 230В (проверяем это с помощью мультиметра).

3. Измеряем на коммуникационном интерфейсе напряжение между конт.2 и конт.9 (GND). На конт.2 должно присутствовать напряжение от -8 до -12В относительно конт.9.

4. Отключаем UPS от ЛАТР, т.е. имитируем пропадание сетевого напряжения. При этом UPS переходит на питание от аккумуляторов, а на конт.2 должно появиться напряжение «высокого» уровня, т.е. напряжение от +8 до +12В.

5. Далее, при работе UPS от аккумуляторов и при установленном высоком уровне на конт.2, проверяем функцию удаленного отключения UPS. Для этого необходимо подать на конт.1 сигнал «высокого уровня» интерфейса RS-232, т.е. напряжение от +8 до +12В. Можно, конечно, воспользоваться внешним лабораторным источником питания, но можно поступить и проще. Для этого необходимо с помощью перемычки «закоротить» конт.1 и конт.2 интерфейса. Через 20-30 секунд после такого шунтирования UPS должен отключиться.

6. В следующем шаге удаляем перемычку между конт.1 и конт.2 и подключаем UPS к ЛАТР'у. UPS вновь запускается в штатном режиме.

7. Проверяем наличие постоянного напряжения +24 В на конт.8.

8. Далее проверяем правильность формирования сигнала на конт.3 (сигнал Normally Open On Battery Signal). Тестирование заключается в том, что необходимо установить подготовленный заранее резистор номиналом 48кОм между конт.3 и конт.8. Таким способом обеспечивается подача смещающего напряжения на конт.3. После установки резистора, контролируем напряжение на конт.3 – оно должно быть более 19В при условии, что на конт.8 имеется напряжение +24В.

9. Далее отключаем UPS от ЛАТР, имитируя пропадание сетевого напряжения. UPS переходит на питание от аккумуляторов, а на конт.3 сигнал должен установиться в низкий уровень, т.е. напряжение на конт.3 не должно превышать 0.6 В.

10. Следующим действием является проверка правильности формирования сигнала на конт.5 (Low Battery). Для контроля этой функции нам потребуется нагрузка, подключаемая к выходу UPS. В качестве нагрузки проще всего использовать набор обычных ламп накаливания. Величину нагрузки необходимо выбрать в соответствии с мощностью UPS (Информацию об этом можно найти в №6 за 2005 год, где были очень подробно рассмотрены все методики полного функционального тестирования UPS). Кстати, при выборе нагрузки, не смешиваем понятия мощности, указанной в Ваттах и мощности в Вольт/Амперах. Итак, перед началом этого тестирования на конт.5 необходимо подать смещающее напряжение. Для этого, с помощью резистора сопротивлением 48 кОм соединяем конт.5 и конт.8, и измеряем напряжение на конт.5 – оно не должно быть менее 19В при условии, что на конт.8 установлено напряжение +24В. В этом эксперименте мы также должны исходить из предположения, что аккумуляторные батареи заведомо исправны.

11. Следующим нашим шагом будет отключение от ЛАТР UPS, к выходу которого подключена эквивалентная нагрузка. Напряжение на конт.5 изменяться не должно.

12. Далее ожидаем, когда аккумуляторные батареи разрядятся при работе на эквивалентную нагрузку (время работы от аккумуляторов мы также приводили в №6'2005). И в момент, когда напряжение на батареях станет ниже соответствующего порога, сигнал на конт.5 должен установится в «низкий» логический уровень, т.е. напряжение на конт.5 не должно превышать 0.6 В.

13. После проведения последнего теста необходимо снова подключить UPS к сети не менее чем на 6 часов для заряда его аккумуляторов.

На этом, тестирование коммуникационного интерфейса UPS можно считать законченным, и если что-то при выполнении этих проверок не соответствовало вышеприведенному описанию, то UPS требует ремонта. То, как осуществлять этот ремонт, зависит уже от ваших возможностей. Сервисные руководства APC рекомендуют проводить ремонт методом замены всей центральной платы. Но если вы не согласны с таким положением вещей, то помочь в ремонте на компонентном уровне должна схема ,демонстрирующая построение интерфейсной части источника APC Smart UPS 1000. Дадим краткое пояснительное описание к этой схеме.

1) Интерфейсный разъем, описанию которого и посвящается данная статья, на схеме обозначен, как J1. Все сигналы интерфейса формируются и контролируются специализированной микросхемой, выпускаемой по заказу APC. Эта микросхема на схеме имеет обозначение IC2. Назначение выводов этой микросхемы представлено в табл.2.

Таблица 2. Назначение выводов микросхемы  IC2

Обознач.

Описание

1

VDD

Положительное напряжение питания +12В. Используется в качестве напряжения высокого уровня последовательного интерфейса RS-232.

2

VEE 

Отрицательное напряжение питания -8 В. Используется в качестве напряжения низкого уровня последовательного интерфейса RS-232.

3

SDO-UP 

Вход последовательных данных от микропроцессора. Далее эти данные выставляются на выход SDO-DB9 и передаются на ПК.

4

SDO-DB9

Выход, на который перетранслируются данные с входа SDO-UP. Контакт напрямую соединен с конт.2 коммуникационного интерфейса (см. табл.1).

5

ONBAT-NO 

Выход с открытым коллектором. Сигнал перехода на работу от батареи. Контакт напрямую соединен с конт.3 коммуникационного интерфейса  (см.табл.1).

6

ONBAT-NC 

Выход. Сигнал перехода на работу от батареи. Контакт напрямую соединен с конт.6 коммуникационного интерфейса  (см.табл.1).

7

GND-REF 

Земля внутреннего источника опорного напряжения.

8

GND 

Земля

9

LOBAT-NO 

Выходной сигнал, показывающий своим низким уровнем, что батареи разряжены. Контакт напрямую соединен с конт.5 коммуникационного интерфейса  (см.табл.1). Состоянием этого выхода управляет сигнал на конт.10 микросхемы.

10

LOBAT-UP 

Вход, управляющий состоянием сигнала на конт.9. На этот вход подается сигнал от микропроцессора в случае, если определен низкий уровень заряда батарей.

11

REM-ON 

Выходной сигнал, позволяющий запустить UPS. Этот сигнал активизируется на основе анализа сигнала REMOT-IN (конт.13). Установка низкого уровня на контакте 11 приводит к запуску UPS. В свою очередь, низкий уровень на контакте формируется в ответ на установку сигнала REMOT-IN в высокий уровень (+12 В).

12

REM-OFF 

Выходной сигнал, позволяющий выключить UPS. Этот сигнал активизируется на основе анализа сигнала REMOT-IN (конт.13). Установка низкого уровня на контакте 12 приводит к выключению UPS. В свою очередь, низкий уровень на контакте формируется в ответ на установку сигнала REMOT-IN в низкий (-8 В).

13

REMOT-IN 

Вход, управляющий запуском и выключением UPS. Контакт напрямую соединен с конт.7 коммуникационного интерфейса  (см.табл.1).

14

SDI-UP 

Выход последовательных данных, изначально пришедших от ПК на вход SDI-DB9 (конт.15).

15

SDI-DB9

Вход, на который подаются команды от ПК. Контакт напрямую соединен с конт.1 коммуникационного интерфейса  (см.табл.1).

16

VREF

Выход внутреннего источника опорного напряжения +5В.

2) При работе интерфейса в «интеллектуальном» режиме (Smart Signaling) обмен информацией между ПК и UPS ведется посредством передачи команд и данных в виде последовательного потока через COM-порт. С позиции микросхемы интерфейса IC2 можно выделить внешний последовательный интерфейс (для связи с ПК) и внутренний интерфейс (для связи с микропроцессором UPS). Линии внутреннего интерфейса на схеме обозначены как SDI-ASIC и SDO-ASIC. По линии SDO-ASIC микропроцессор обеспечивает передачу данных в микросхему интерфейса IC2 (и далее в ПК), а линия SDI-ASIC предназначена для передачи данных из микросхемы интерфейса в микропроцессор (т.е. для передачи команд из ПК). Но передача данных между IC2 и микропроцессором UPS осуществляется не напрямую, а через микросхему мультиплексора 74HCT257 (IC22), выходами которого являются контакты 1Y, 2Y, 3Y, 4Y. Сигналы же, которые идут непосредственно к микропроцессору, на схеме обозначены, как DATA-IN (данные к микропроцессору) и SD-OUT (данные от микропроцессора). Все, что здесь описано, графически представлено на рис.10.

Рис.10

3) Микросхема питается двумя питающими напряжениями: +12В и -8В. Это позволяет ей, и обрабатывать и формировать сигналы в соответствии с уровнями интерфейса RS-232. В составе микросхемы также имеется внутренний источник опорного напряжения, формирующий на конт.16 напряжение +5В (кстати, на схеме на стр.56 допущена неточность – этот контакт ошибочно указан как №5). Этот внутренний источник +5 Вольт необходим для того, чтобы микросхема могла работать и с сигналами TTL уровней. Напряжение +5В получают из +12В.

4) Состояние сигнала Low Battery на коммуникационном интерфейсе управляется сигналом LO-BAT, который формируется микропроцессором и подается на вход IC2.

5) Выключение UPS через интерфейс осуществляется переводом сигнала REM-OFF на выходе IC2 в низкий уровень на время не менее 1 секунды. Этот сигнал низкого уровня прикладывается через R54 ко входу компаратора IC11 (конт.3). В результате на выходе компаратора формируется сигнал низкого уровня, транзистор Q6 закрывается, транзистор Q5 закрывается и UPS выключается. Действие сигнала REM-OFF абсолютно аналогично действию кнопки OFF на панели управления UPS. Кнопке OFF соответствует сигнал OFF_SW, который «заземляется» при ее нажатии.

6) Включение UPS через интерфейс осуществляется переводом сигнала REM-ON на выходе IC2 в низкий уровень на время не менее 1 секунды. В результате через диод D15 и резистор R48 на затворе Q5 создается также низкий уровень, транзистор открывается, появляется напряжение +24VFET и UPS запускается. Действие сигнала REM-ON абсолютно аналогично действию кнопки ON на панели управления UPS. Кнопке ON соответствует сигнал ON_SW, который «заземляется» при нажатии кнопки.

7) Напряжение +24В на конт.8 интерфейса создается с помощью микросхемы интегрального стабилизатора IC1 из напряжения +24 VFET. Напряжение +24 VFET появляется в момент открывания транзистора Q5 при включении UPS.

8) На приведенной схеме также представлен еще и разъем для подключения различных SNMP-устройств (разъем J14).

В заключении хочется сказать, что отказ цепей интерфейса, скорее всего, будет связан с неисправностью микросхемы IC2, но приобретение этой микросхемы без официального сервисного центра фирмы APC соответствующего уровня вряд ли возможно.

Также стоит добавить, что сигналы интерфейса можно проверять и в «динамическом» режиме, т.е. при работе в режиме Smart Signaling. Для контроля сигналов в этом случае понадобиться осциллограф и программа, позволяющая посылать на UPS соответствующие команды. А прохождение этих команд до процессора можно проследить, воспользовавшись приведенной схемой и рисунком 10.

 

Профессиональная инфракрасная паяльная станция

Техническое обслуживание и ремонт источников бесперибойного питания, Блоков питания ПК и ноутбуков.
www.xprt.ru

Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru Яндекс цитирования