DE4417924A1 - Interface für eine unterbrechungsfreie Stromversorung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Interface für eine unterbre­ chungsfreie Stromversorgung, welche insbesondere für eine Datenverarbeitungsanlage mit wenigstens einem Rechner vor­ gesehen ist und einen Akkumulator zum Bereitstellen der Energie während eines Versorgungsnetzausfalls hat, wobei die Stromversorgung einen Eingang zum Abschalten der Strom­ versorgung, einen ersten Ausgang zur Meldung eines Versor­ gungsnetzausfalls und einen zweiten Ausgang zur Meldung der Unterschreitung eines vorbestimmten Ladezustands des Akkus aufweist.

Bei der Stromversorgung von versorgungskritischen Geräten wie zum Beispiel Datenverarbeitungsanlagen ist es üblich, diese Geräte gegen im Versorgungsnetz auftretende Fehler wie beispielsweise Spannungseinbrüche oder Netzausfall ab­ zusichern. Dieses wird in der Regel durch das Vorschalten einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (im weiteren UPS (englisch: uninterruptible power supply) genannt) vor den Netzeingang des abzusichernden Gerätes erreicht. Bei den UPS sind zwei unterschiedliche Ausgestaltungen be­ kannt. Beiden gemeinsam ist das Vorhandensein eines oder mehrerer interner Akkumulatoren, welche von dem primären Versorgungsnetz permanent in geladenem Zustand gehalten werden, sowie ein von diesen gespeistes Schaltnetzteil zur Erzeugung der sekundären Netzspannung. Das Schaltnetzteil versorgt bei einem Stromausfall im primären Netz die ange­ schlossenen Geräte aus der Akkumulatorenergie mit Strom. Bei den sogenannten On-Line UPS erfolgt im normalen Be­ triebsfall bei fehlerfreiem Primärnetz die Stromversorgung der angeschlossenen Geräte über Ladegerät - Akkumulator - Schaltnetzteil, während Off-Line UPS in diesem Zustand die angeschlossenen Geräte direkt aus dem Primärnetz speisen und erst bei Spannungsausfall auf eine Versorgung aus Akku­ mulator und Schaltnetzteil umschalten. Da die Erfindung bei beiden Klassen von UPS angewendet werden kann, wird im folgenden keine Unterscheidung mehr vorgenommen.

Von der UPS werden in Abhängigkeit des Versorgungszustands Status- und Fehlermeldungen erzeugt und dem angeschlosse­ nen Gerät zur Auswertung bereitgestellt. Die übergebenen Signale können im angeschlossenen Gerät erfaßt werden und je nach Bedarf vorgesehene Maßnahmen auslösen. Bei Netzaus­ fall wird beispielsweise in einer angeschlossenen Datenver­ arbeitungsanlage der Fehler zur Anzeige gebracht und proto­ kolliert.

Außerdem kann das System nach einer vorgegebenen Zeit in einen definierten Zustand gebracht und kontrolliert abge­ schaltet werden. Ferner wird durch eine Unterrichtung des Anwenders diesem die Möglichkeit gegeben, seine Arbeit in einer festgelegten Zeit sinnvoll abzuschließen. Die zur Überbrückung dieser Zeit notwendige elektrische Energie wird dabei der beschränkten Versorgungskapazität des Akkus der UPS entnommen. Des weiteren besteht bei bekannten UPS die Möglichkeit, diese nach erfolgtem Herunterfahren der angeschlossenen Geräte abzuschalten und so die Akkumulato­ ren nicht weiter als erforderlich zu entladen.

Bekannte unterbrechungsfreie Stromversorgungen sind so aus­ gebildet, daß sie nur mit einem mit Energie zu versorgen­ den Gerät Signale austauschen können, wodurch nur dieses eine Gerät kontrolliert abgeschaltet werden kann. Sollen mehrere Geräte kontrolliert abgeschaltet werden, müssen sie jeweils mit einer eigenen unterbrechungsfreien Strom­ versorgung verbunden werden. Dies wirkt sich insbesondere auf die Anschaffungs- und Wartungskosten nachteilig aus. Darüber hinaus ist der Platzbedarf für die jeweils eigenen Stromversorgungen beachtlich.

Zwar besteht grundsätzlich die Möglichkeit, daß das Gerät, welches mit der unterbrechungsfreien Stromversorgung Sig­ nale austauscht, mittels einer Datenverbindung die weite­ ren von der Stromversorgung versorgten Geräte über den Be­ triebszustand der Stromversorgung informiert und zum kon­ trollierten Abschalten veranlaßt, jedoch erfordert eine solche Datenverbindung beträchtlichen Aufwand hinsichtlich der Hard- und Software. Insbesondere bei einer Informa­ tionsübergabe von einem Rechnernetz in ein anderes ist der dabei entstehende Aufwand zur Protokollumsetzung unverhält­ nismäßig hoch.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein eingangs genanntes Inter­ face so auszubilden, daß im Falle eines Versorgungsnetzaus­ falls die betreffende Stromversorgung erst abgeschaltet wird, wenn sich alle von der Stromversorgung mit Energie versorgten Geräte in einem vorbestimmten Betriebszustand befinden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Erfindungsgemäß ist ein Interface vorgesehen, welches einen ersten Ausgang A1 hat, welcher mit dem Eingang PO verbunden ist. Am Ausgang A1 gibt das Interface ein Signal aus, wenn sich alle am Interface angeschlossenen und in Be­ trieb befindlichen Geräte in einem vorbestimmten Zustand befinden. Durch das Signal wird die Stromversorgung abge­ schaltet.

Das Interface hat darüber hinaus einen ersten Eingang E1 und einen zweiten Eingang E2, welche mit dem ersten bezie­ hungsweise zweiten Ausgang PF und LB der Stromversorgung verbunden sind. Über diese Verbindungen teilt die Stromver­ sorgung dem Interface mit, wenn ein Versorgungsnetzausfall vorliegt beziehungsweise der Ladezustand des Akkus einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Durch diese Verbindun­ gen verwendet das Interface in vorteilhafter Weise stan­ dardmäßig vorhandene Signale der Stromversorgung.

Das Interface hat des weiteren mehrere zweite Ausgänge APF, welche zur Meldung eines Versorgungsnetzausfalls an die angeschlossenen Geräte vorgesehen sind. Des weiteren hat das Interface mehrere vierte Ausgänge ALB, welche zur Meldung der Unterschreitung des vorbestimmten Ladezustands des Akkus der Stromversorgung an die Geräte vorgesehen sind.

Des weiteren hat das Interface mehrere dritte Eingänge EPOR, mittels welcher dem Interface das Erreichen eines vorbestimmten Betriebszustands eines jeweils angeschlosse­ nen Geräts mitgeteilt wird. Darüber hinaus hat das Inter­ face mehrere vierte Eingänge ECON, mittels welcher dem Interface mitgeteilt wird, ob sich ein jeweils angeschlos­ senes Gerät in Betrieb befindet oder nicht.

Fällt das Versorgungsnetz aus, gibt die Stromversorgung über den Ausgang PF an den ersten Eingang E1 des Inter­ faces ein entsprechendes Signal. Dieses Signal wird über alle zweiten Ausgänge APF an die angeschlossenen Geräte ausgegeben. Hierdurch werden die Geräte in die Lage ver­ setzt, Vorbereitungen für eine definierte Abschaltung zu treffen. Die Versorgungsspannung wird während dieser Zeit von dem Akku der Stromversorgung aufrechterhalten.

Erreicht der Ladezustand des Akkus einen vorbestimmten Wert, so gibt die Stromversorgung über den zweiten Ausgang LB ein Signal an den zweiten Eingang E2 des Interfaces. Das Interface gibt dieses Signal über alle vierten Ausgän­ ge ALB an die angeschlossenen Geräte weiter. Dieses Signal dient dazu, ein sofortiges Herunterfahren des Gerätes in einen definierten Zustand zu initiieren.

Nachdem die angeschlossenen Geräte einen definierten Be­ triebszustand erreicht haben, geben sie ein entsprechendes Signal an den jeweiligen dritten Eingang EPOR des Inter­ faces. Erst wenn alle angeschlossenen Geräte ihr Signal an den jeweiligen entsprechenden dritten Eingang EPOR gelie­ fert haben, gibt das Interface über seinen ersten Ausgang A1 ein Signal an den Eingang PO der Stromversorgung, wel­ che sich daraufhin zur Vermeidung einer weiteren Entladung des Akkus abschaltet.

Da nicht immer an allen Ein- beziehungsweise Ausgängen des Interfaces Geräte angeschlossenen sind, würde eine Abfrage aller dritten Eingänge EPO des Interfaces ein falsches Er­ gebnis liefern. Um dies zu vermeiden, werden in vorteilhaf­ ter Weise die vierten Eingänge ECON abgefragt. Durch diese Abfrage stellt das Interface fest, an welchen Eingängen sich in Betrieb befindliche Geräte angeschlossen sind. Ent­ sprechend dieser Eingänge werden die dritten Eingänge EPOR abgefragt, so daß bei der Erzeugung des Signals zum Ab­ schalten der Stromversorgung keine dritten Eingänge EPOR abgefragt werden, an denen keine Geräte angeschlossen sind beziehungsweise sich die angeschlossenen Geräte nicht in Betrieb befinden.

In besonders vorteilhafter Weise werden die vierten Ein­ gänge ECON mit dem Ausgang einer Schnittstelle eines ange­ schlossenen Geräts verbunden, an welchem ein im eingeschal­ teten Zustand des Rechners definiertes Signal anliegt. Da dieses Signal in den meisten Geräten standardmäßig vorhan­ den ist, erübrigt sich ein weiterer schaltungstechnischer Aufwand. Als besonders vorteilhaft hat sich hierfür der DTR-Ausgang der RS-232-Schnittstelle erwiesen.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Anschlüsse potentialfrei ausgeführt. Die Potentialfrei­ heit kann mittels Optokoppler oder Relais erreicht werden. Die Potentialfreiheit ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Interface mit verschiedenen, räumlich weit ent­ fernten Rechnernetzen in Verbindung steht. Hierdurch kön­ nen Potentialunterschiede auftreten, welche unter Umstän­ den die Funktion der Geräteschnittstellen beziehungsweise der Geräte nachhaltig beeinträchtigen, wenn die Anschlüsse nicht potentialfrei ausgebildet sind.

Da die Anschlußbelegung der unterbrechungsfreien Stromver­ sorgungen nicht genormt ist, bestehen je nach Hersteller unterschiedliche Kontaktbelegungen und Ausführungen. Diese Unterschiede können in vorteilhafter Weise durch eine Vor­ richtung ausgeglichen werden, mittels der die Anschlüsse des Interfaces umkonfiguriert werden.

Ist es aufgrund der Rechneranwendung nicht möglich, daß der Rechner ein Signal bezüglich seines vorbestimmten Be­ triebszustands ausgibt, das heißt der betreffende dritte Eingang des Interfaces kein Signal zum Feststellen des vor­ bestimmten Betriebszustands des betreffenden Rechners er­ halten kann, wird dieses Signal durch ein von einem Zeit­ glied erzeugtes Signal ersetzt, wie dies bei einer weite­ ren besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Das Zeitglied legt nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit an dem betreffenden dritten Eingang des Interfaces ein Signal an.

Das Zeitglied wird von dem Ausgangssignal des betreffenden dritten Ausgangs gestartet. Das Signal wird jedoch nur dann erzeugt, wenn an dem betreffenden dritten Eingang vor der Ausgabe des Signals an dem betreffenden zweiten Aus­ gang ein Signal vorhanden war. Gibt der betreffende Rech­ ner somit beispielsweise zum Beginn seines Betriebs an den betreffenden dritten Eingang des Interfaces ein Signal aus, geht das Zeitglied in einen Wartezustand. Wird dann vom Interface aufgrund eines Versorgungsnetzausfalls ein Signal an den betreffenden zweiten Ausgang ausgegeben, wird das Zeitglied gestartet. Nach Ablauf der vorbestimm­ ten Zeit erreicht das Interface denselben Status den es erreicht hätte, wenn an dem betreffenden dritten Eingang vom angeschlossenen Rechner ein Signal angelegt worden wäre.

Zur Vorbereitung des Zeitglieds kann jedoch auch ein ande­ res Eingangssignal verwendet werden, als das Signal des dritten Eingangs. Entscheidend ist nur, daß dem Interface vor Auftreten eines Vorsorgungsnetzausfalls mitgeteilt wird, welches der angeschlossenen Geräte nicht in der Lage ist, an den dritten Eingang ein Signal anzulegen.

Die Verbindung des Interfaces mit einem Rechner kann auf besonders vorteilhafte Weise über die Anschlüsse einer be­ reits im Rechner vorhandenen standard-Schnittstelle erfol­ gen. Hierdurch erübrigt sich eine Veränderung der Rechner­ hardware. Insbesondere ist hierfür die serielle Schnitt­ stelle RS-232 geeignet, welche mittels einer bestimmten Software an die neue Verwendung angepaßt wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegen­ den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnah­ me auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 die schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen Stromversorgung zur Energieversorgung mehrerer Rechner; und

Fig. 2 die Signalverbindung des Interfaces mit einem Rechner und der Stromversorgung.

In Fig. 1 ist eine aus sechs Personalcomputern PC bestehen­ de Rechneranlage an eine erfindungsgemäße Stromversorgung angeschlossen. PC1, PC2 und PC3 befinden sich in einem Netzverbund, wobei PC2 als Server fungiert und PC1 sowie PC3 von diesem verwaltet werden. PC4 ist ein Einzelplatz­ rechner ohne Datenverbindung nach außen und PC5 sowie PC6 stellen zwei Server dar, die in einem anderen Netz mit­ einander verbunden sind. Die Stromversorgung aller sechs angeschlossenen Geräte erfolgt über eine Online-UPS, wel­ che mindestens den Leistungsanforderungen der sechs PC′s genügen muß. Dabei werden diese parallel an den Netzaus­ gang der UPS angeschlossen. Des weiteren ist die UPS mit einem erfindungsgemäßen Interface IMT verbunden. Zum An­ schluß abzusichernder Geräte ist das Interface mit acht Ports ausgestattet. Vier davon sind in dieser Konfigura­ tion durch die PC′s 2, 4, 5 und 6 belegt, die vier anderen stehen für eventuell später hin zukommende Geräte noch frei. Der Anschluß der PC′s 2, 4, 5 und 6 erfolgt dabei über ihre seriellen Schnittstellen nach RS-232 Spezifika­ tion.

In Fig. 2 ist die Verbindung des Interfaces mit der Strom­ versorgung und einem PC gezeigt. Die Stromversorgung ist über vier Signalkanäle UPS-CON, LB, PF und PO mit dem Interface verbunden. Diese vier Signalkanäle werden von der Stromversorgung standardmäßig bereitgestellt und kön­ nen direkt mit dem Interface verbunden werden. Mit dem Signal UPS-CON kann das Interface erkennen, ob eine Strom­ versorgung angeschlossen ist. Bei Unterbrechung der Verbin­ dung zur Stromversorgung wird ein Alarmsignal ausgelöst. Über ein Setzen des Signals PF (englisch: power failure) zeigt die Stromversorgung dem Interface einen Ausfall der primärseitigen Versorgungsspannung an. Durch Aktivierung von LB (englisch: low battery) unterrichtet sie es davon, daß ihre verbleibende Restenergie einen bestimmten Wert unterschritten hat. Der vierte Kanal PO (englisch: power off) ist ein Eingang an der Stromversorgung, der es dem Interface ermöglicht, die Stromversorgung abzuschalten, um so die zu verbleibende Restenergie des Akkumulators nicht unnötig zu erschöpfen.

Jeder der acht Ports des Interfaces zu den angeschlossenen PC′s ist ebenfalls vierkanalig ausgeführt, wobei LB und PF Ausgangskanäle sind und die von der Stromversorgung empfan­ genen gleichnamigen Signale weiterleiten. Die anderen zwei Kanäle, POR und CON, sind als Eingänge ausgelegt. Das Sig­ nal CON vermittelt dem Interface, ob an dem entsprechenden Port ein Gerät ordnungsgemäß angeschlossen ist oder nicht. Ordnungsgemäß angeschlossen bezieht sich auf eine korrekte Signalverbindung.

Dieser Zustand wird vom Interface durch ein optisches Sig­ nal angezeigt und ermöglicht so eine Überprüfung der Sig­ nalverbindung. Das andere Signal POR (englisch: power off request) zeigt dem Interface an, ob das angeschlossene Ge­ rät nach einem Stromausfall ordnungsgemäß heruntergefahren wurde und die Abschaltung der Versorgungsspannung frei­ gibt. Hat das Interface dieses Signal von allen ange­ schlossenen PC′s 2, 4, 5 und 6 erhalten, so schaltet es die Stromversorgung durch Setzen des Signals PO (englisch: power off) ab.

Dabei werden nicht einfach alle Eingänge des Interfaces durch logisches UND verknüpft, sondern es dürfen nur ange­ schlossene Geräte mit korrekter Signalverbindung berück­ sichtigt werden. Zur Generierung dieses Signals ist also Voraussetzung, daß die sichere Erkennung für jeden einzel­ nen Anschluß am Interface, ob ein Gerät ordnungsgemäß ange­ schlossen ist oder nicht, gewährleistet ist. Diese Erken­ nung wird über den Signalkanal CON gewährleistet, welcher mit der Nutzung eines sinnvollen Handshake-Signals der RS-232-Schnittstelle realisiert werden kann, beispielswei­ se mit dem Signal DTR.

Bei der elektronischen Aufarbeitung der Signale ist darauf zu achten, daß die Potentiale sämtlicher ein- und ausgehen­ der Kanäle voneinander galvanisch getrennt realisiert wer­ den. Falls die angeschlossenen Geräte räumlich verteilt aufgestellt sind, können sonst eventuell auftretende Poten­ tialdifferenzen zur Zerstörung der Schnittstellen führen.

Tritt ein Stromausfall im Versorgungsnetz auf, so wird dies von der Stromversorgung erkannt und das Signal PF aktiviert. Das Interface reagiert auf das Signal mit einer optischen/akustischen Meldung und leitet es seinerseits als PF an die angeschlossenen PC′s weiter, die daraufhin von der Erkennungssoftware festgelegte Maßnahmen auslösen und so den Systembenutzer rechtzeitig über die Änderung in der Versorgungslage informieren können. Ist die elektri­ sche Energie des zu versorgenden Akkumulators der Stromver­ sorgung nach einiger Zeit soweit aufgebraucht, daß die Restkapazität des Akkumulators einen bestimmten Wert unter­ schreitet, so wird von der Stromversorgung das Signal LB gesetzt. Das Interface leitet auch dieses sofort an die an­ geschlossenen PC′s weiter, so daß die hierfür bestimmten Maßnahmen ausgelöst werden, wie beispielsweise ein Herun­ terfahren des Systems. Haben die PC′s 2, 4, 5 und 6 ihre Systeme heruntergefahren und dem Interface dieses durch Aktivierung des POR-Signals angezeigt, so wird vom IMT das Signal PO zum Abschalten der UPS gesetzt.

Nach Wiederherstellung der primärseitigen Netzversorgung der Stromversorgung kann auch auf der Sekundärseite die ordnungsgemäße Stromversorgung erfolgen; die Signale PF und LB werden von der Stromversorgung und nachfolgend von dem Interface zurückgesetzt und die angeschlossenen PC′s befinden sich nach dem Hochfahren wieder in normalem Be­ triebszustand.

Claims (7)

1. Interface (IMT) für eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung (UPS), welche insbesondere für eine Datenverarbeitungsanlage mit wenigstens einem Rechner (PC1, PC2, PC3, . . . ) vorgesehen ist und einen Akku zum Bereitstellen der Energie während eines Versor­ gungsnetzausfalls hat, wobei die Stromversorgung (UPS) einen Ein­ gang (PO) zum Abschalten der Stromversorgung, einen ersten Ausgang (PF) zur Meldung eines Versorgungsnetzausfalls und einen zweiten Ausgang (LB) zur Meldung der Unterschreitung eines vorbestimmten Ladezustandes des Akkus aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Interface (IMT) folgende Anschlüsse aufweist:
einen ersten Ausgang (A1), welcher mit dem Eingang (PO) der Strom­ versorgung verbunden ist,
einen ersten Eingang (E1), welcher mit dem ersten Ausgang (PF) der Stromversorgung verbunden ist,
einen zweiten Eingang (E2), welcher mit dem zweiten Ausgang (LB) der Stromversorgung verbunden ist,
mehrere zweite Ausgänge (APF1, APF2, APF3, . . . ) , zur Meldung ei­ nes Versorgungsnetzausfalls an die Rechner (PC1, PC2, PC3, . . . ),
mehrere dritte Ausgänge (ALB1, ALB2, ALB3, . . . ), zur Meldung der Unterschreitung des vorbestimmten Ladezustandes des Akkus an die Rechner (PC1, PC2, PC3, . . . ),
mehrere dritte Eingänge (EPOR1, EPOR2, EPOR3, . . . ), zum Feststel­ len eines vorbestimmten Betriebszustandes eines jeweils ange­ schlossenen Rechners (PC1, PC2, PCS, . . . ), und
mehrere vierte Eingänge (ECON1, ECON2, ECON3, . . . ), zum Feststel­ len ob ein jeweils angeschlossener Rechner (PC1, PC2, PC3, . . . ) sich in Betrieb befindet oder nicht,
wobei das Interface nur jeweils dann ein Signal am ersten Ausgang A1 ausgibt, wenn an jedem dritten Eingang (EPOR1, EPOR2, EPOR3, . . . ) entsprechend einem sich in Betrieb befindlichen Rechner ein Signal anliegt, mit dem der betreffende sich in Betrieb befindli­ che Rechner (PC1, PC2, PC3, . . . ) einen vorbestimmten Betriebszu­ stand meldet.

2. Interface nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (ECON1, ECON2, ECON3, . . . ) jeweils mit einem im einge­ schalteten Zustand des Rechners ein dauerhaftes Signal ausgebenden Ausgang einer Schnittstelle des Rechners verbunden sind.

3. Interface nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­ gang der DTR-Ausgang der RS-232-Schnittstelle ist.

4. Interface nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlüsse potentialfrei ausgeführt sind.

5. Interface nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, mittels der die An­ schlüsse des Interface umkonfiguriert werden.

6. Interface nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Zeitglied vorgesehen ist, welches nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, an einen betreffenden dritten Eingang (EPOR1, EPOR2, EPOR3, . . . ) des Interfaces ein Signal anlegt, wel­ ches das entsprechende vom Rechner kommende Signal, welches den vorbestimmten Betriebszustand meldet, ersetzt, wobei das Zeitglied von einem Ausgangssignal der zweiten Ausgänge (APF1, APF2, APF3, . . . ) gestartet wird, und das Signal nur dann erzeugt wird, wenn an dem betreffenden dritten Eingang (EPOR1, EPOR2, EPOR3, . . . ) vor der Ausgabe eines Signals an dem betreffenden zweiten Ausgang (APF1, APF2, APF3, . . . ) ein Signal vorhanden war.

7. Interface nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung des Interface mit dem Rechner über die Anschlüsse einer bereits im Rechner vorhandenen Standardschnittstelle erfolgt.