Цель: обеспечение кратковременного резервного питания управляющего компьютера и сетевого оборудования для корректного завершения работы при пропадании основного питания.
Техническое обоснование:
- Целостность данных: Неттоп выполняет функции сбора, регистрации и передачи данных мониторинга. Внезапное отключение питания приводит к повреждению файловой системы (особенно при записи на flash-память), потере последних логов аварии и нарушению целостности баз данных.
- Аварийное оповещение: Критически важно, чтобы при пропадании внешнего питания система успела отправить сообщение диспетчеру с указанием характера аварии. Без ИБП последний кадр состояния остаётся не переданным, что маскирует причину и продлевает простой.
- Ресурс оборудования: Частые циклы нештатного выключения/включения сокращают срок службы неттопа и коммутатора, увеличивая общую стоимость владения.
- Технические требования: Согласно современным практикам построения АСУ ТП, все вычислительные узлы, выполняющие регистрацию и управление, должны иметь резервное питание не менее чем на 2 минуты для штатного завершения. DC-UPS на DIN-рейку полностью отвечает этому требованию при минимальном объёме и энергопотреблении.
Решаемые проблемы
- Неконтролируемое отключение неттопа при пропадании питания — повреждение файловой системы и БД.
- Потеря последних аварийных логов и невозможность отправить тревожное сообщение.
- Перезагрузка коммутатора и обрыв связи на время восстановления питания.
Техническая реализация
Выбранная модель ИБП: Phoenix Contact QUINT-UPS/24DC/24DC/5 (арт. 2320225)
- Тип: ИБП постоянного тока (DC-UPS) на DIN-рейку.
- Входное напряжение: 24 В DC (диапазон 22,5...30 В DC).
- Выходное напряжение: 24 В DC (стабилизированное, в режиме батареи 24 В ±2%).
- Выходной ток: 5 А (длительный), пиковый до 15 А (100 мс).
- Встроенный аккумулятор: Li-Ion (литий-ионный), 1,3 А·ч, номинальное напряжение 24 В.
- Время переключения: < 10 мс (бесперебойное переключение без перезагрузки нагрузки).
- Интерфейс связи: USB-B (виртуальный COM-порт), сухие контакты реле «Батарея разряжена», «Питание от батареи».
- Крепление: 35 мм DIN-рейка, ширина корпуса 42 мм.
- Температурный диапазон: −25...+70 °C (эксплуатация).
Расчет нагрузки и времени автономии
Параметры потребителей:
| Потребитель |
Напряжение питания |
Потребляемый ток |
Мощность |
| Неттоп (промышленный, Intel NUC или аналог) |
12 В DC |
I_{\text{PC}} = 2,0 \, \text |
P_{\text{PC}} = 12 \times 2,0 = 24 \, \text |
| Коммутатор (управляемый, 8 портов, 24 В) |
24 В DC |
I_{\text{SW}} = 0,3 \, \text |
P_{\text{SW}} = 24 \times 0,3 = 7,2 \, \text |
| Преобразователь 24→12 В (изолированный, КПД 90%) |
24 В DC |
Рассчитывается по нагрузке |
— |
Расчет входной мощности преобразователя 24→12 В (питает неттоп):
- Выходная мощность: Pout_conv=24Вт.
- КПД преобразователя: ηconv=0,90.
- Входная мощность преобразователя по шине 24 В:
Pin_conv=ηconvPout_conv=0,9024≈26,7Вт.
- Входной ток преобразователя от шины 24 В:
Iin_conv=24Pin_conv=2426,7≈1,11А.
Суммарная нагрузка на выход ИБП (шина 24 В):
- Суммарный ток:
Itotal=Iin_conv+ISW=1,11+0,3=1,41А.
- Суммарная мощность:
Ptotal=24×Itotal=24×1,41≈33,8Вт≈35Вт.
- Проверка по допустимому току ИБП: Itotal=1,41А<IUPS_max=5А — запас по току более 3,5 раз, условие выполняется.
Расчет времени автономии:
- Энергоёмкость встроенного аккумулятора:E_{\text{batt}} = C_{\text{batt}} \times U_{\text{batt}} = 1,3 \, \text{А·ч} \times 24 \, \text{В} = 31,2 \, \text{Вт·ч}.
- Доступная энергия с учётом КПД встроенного DC-DC преобразователя ИБП (ηUPS≈0,92):E_{\text{usable}} = E_{\text{batt}} \times \eta_{\text{UPS}} = 31,2 \times 0,92 \approx 28,7 \, \text{Вт·ч}.
- Теоретическое время автономии (при 100% заряде нового аккумулятора):
Tautonomy=PtotalEusable=33,828,7≈0,85ч≈51мин.
Расчет времени с учетом деградации батареи (гарантированное время):
- Принимаем коэффициент деградации батареи к концу срока службы (5 лет): kaging=0,7.
- Гарантированная доступная ёмкость в конце срока службы:E_{\text{eol}} = E_{\text{usable}} \times k_{\text{aging}} = 28,7 \times 0,7 \approx 20,1 \, \text{Вт·ч}.
- Гарантированное время автономии:
Tguaranteed=PtotalEeol=33,820,1≈0,59ч≈35мин.
- Вывод: даже с учётом износа батарей к концу срока службы, время автономии (≈35 минут) более чем в 17 раз превышает требуемые 2 минуты на штатное завершение работы.
Расчет времени до запуска процедуры shutdown:
- Настройка ПО NUT/apcupsd: ожидание 30 секунд после пропадания входного напряжения (фильтрация кратковременных просадок).
- Если питание не восстановилось — запуск скрипта безопасного завершения.
- Длительность процедуры shutdown неттопа (остановка сервисов, синхронизация дисков, завершение ОС): ≈10…15 секунд.
- Суммарное время: 30+15=45 секунд.
- Остаточный резерв: 35×60−45≈2055 секунд ≈34 минуты.
- Запаса времени достаточно для трёх циклов «восстановление-пропадание» с последующим полным отключением.