Jak monitorować zasilanie buforowe i stan akumulatorów?

Bartek B, Marcin Nosek

— 4 min read
Share

Zastosuj cyfrowy monitor mocy oparty o układ INA740 i podłącz do LK4 lub LK3.9

Opis układu: szafa rack wyposażona w zasilacz buforowy oraz zestaw akumulatorów.

Cel: monitorowanie kluczowych parametrów zasilania w celu zapewnienia ciągłości działania infrastruktury IT.

Dlaczego INA740?

INA740 to cyfrowy monitor mocy prądu stałego komunikujący się po magistrali I2C. W odróżnieniu od klasycznych boczników i analogowego pomiaru:

  • Zapewnia wysoką precyzję pomiaru prądu, napięcia, mocy i energii.
  • Posiada cyfrową magistralę danych, co eliminuje zakłócenia analogowe na długich przewodach i konieczność kalibracji.
  • Upraszcza podłączenie do kontrolera.

Schemat podłączenia do kontrolera (LK4 / LK3.9)

  • Magistrala cyfrowa I2C do złącza RJ12.
  • Wpięcie czujnika szeregowo w układ prądowy.
Fig. 1. Dla samego monitorowania baterii
Fig. 2. Dla monitorowania mocy obciążenia i pracy baterii

Linia przerywana zaznaczona na rysunkach pomiędzy minusem (masą) układu mierzonego a LK, czyli wspólna masa, jest konieczna do pomiaru napięcia. Przy rozdzielonych układach (czasami wymagane) możliwy jest tylko pomiar prądu. Obwody są wtedy rozdzielone elektrycznie.
Oczywiście, w typowym przypadku zasilania LK z tego samego zasilacza buforowego masa jest wspólna i pomiar napięcia działa.

Zachowanie obu układów pomiarowych

Dla Fig. 1 przy włączonym zasilaniu sieciowym pomiar pokazuje dodatni prąd ładowania akumulatora i jego aktualne napięcie, a przy wyłączonym zasilaniu niższe napięcie akumulatora i ujemny prąd obciążenia (rozładowanie baterii).

INA740 - Power ON
Wejście Wartość Jednostka
Voltage 13.77 V
Current 1.54 A
Power 21.2 W
Energy 9.27 Wh
Temperature 45.2 °C
INA740 - Power ON
Wejście Wartość Jednostka
Voltage 13.77 V
Current 1.54 A
Power 21.2 W
Energy 9.27 Wh
Temperature 45.2 °C
INA740 - Power OFF
Wejście Wartość Jednostka
Voltage 13.23 V
Current -1.52 A
Power -20.14 W
Energy 12.42 Wh
Temperature 45 °C

Dla Fig. 2 przy włączonym zasilaniu sieciowym pomiar pokazuje prąd obciążenia i napięcie z zasilacza, a przy wyłączonym zasilaniu niższe napięcie - praca z akumulatora i prąd płynący z akumulatora (prąd rozładowania).

INA740 - Power ON
Wejście Wartość Jednostka
Voltage 13.57 V
Current 1.5 A
Power 20.43 W
Energy 0.34 Wh
Temperature 48.4 °C
INA740 - Power OFF
Wejście Wartość Jednostka
Voltage 12.97 V
Current 1.45 A
Power 18.82 W
Energy 0.98 Wh
Temperature 51.6 °C

Konfiguracja w LK

Konfiguracja przebiega w kilku krokach:

  • W menu Czujniki I2C i 1-Wire należy wybrać zakładkę I2C.
  • Zaznaczyć INA740 i kliknąć przycisk Wykryj czujnik I2C.
  • Po pojawieniu się odczytów należy wybrać Skonfiguruj mapowanie do zmiennych m1-m30. Umożliwi to wysyłanie dalej danych z czujnika lub ich wykorzystanie w automatyce LK.
  • Przydatne może być także dodanie odczytu mocy w oknie prądu (I) w zakładce Moc i Energia.

Przy monitorowaniu pracy samej baterii (dodatni/ujemny prąd i moc) teoretycznie można wyliczać stopień naładowania baterii (SoC). Niestety jest to pomiar obarczony dużym błędem, zwłaszcza przy długiej pracy z sieci i minimalnym wskazywanym prądzie ładowania zgromadzony ładunek będzie miał nieproporcjonalnie dużą wartość.
Ten problem jest rozwiązany przez reset energii baterii po wykryciu ujemnego prądu (rozładowania). Wysyłając komunikaty/dane o tym, ile energii zostało już zużyte, mamy podgląd nad stanem baterii.

Automatyzacja i scenariusze awaryjne (zdarzenia i powiadomienia)

Dzięki odczytom z INA740 można zaprogramować w LK następujące zdarzenia:

  • Zdarzenie 1 (Brak zasilania AC): Spadek napięcia V_IN poniżej progu ładowania zasilacza (przejście na pracę bateryjną) ⇒ Wyślij powiadomienie MQTT / e-mail.
  • Zdarzenie 2 (Głębokie rozładowanie): Spadek napięcia na akumulatorach do krytycznego poziomu ⇒ Rozłącz wyjście OUT (np. OUT6) w celu ochrony ogniw przed zniszczeniem.
  • Zdarzenie 3 (Reset energii baterii): Gdy prąd ujemny ⇒ Zresetuj licznik energii baterii.
  • Zdarzenie 4 (Głębokie rozładowanie): Po resecie energii akumulatora ⇒ Wyślij alarmową wartość oddanej energii.

Jak widać, automatyzacja pozwala nam zarówno działać fizycznie (rozłączenie obwodu), jak i wysyłać powiadomienia z LK różnymi protokołami internetowymi. Ich dostępność jest wyszczególniona w opisach technicznych LK.

Fig. 3. Tabela zdarzeń

Monitoring i zdalne zarządzanie

Odczyty prądu i innych parametrów mogą być także wysyłane na serwery przez protokoły takie jak SNMP, HTTP i MQTT. Tinycontrol oferuje darmowy serwer do zbierania danych poprzez protokół MQTT. Na stronie mqtt.ats.pl należy się zarejestrować i dodać urządzenie LK. W ten sposób można wysyłać odczyty z czujników co 5 minut i obserwować je zdalnie na wykresie.
Przy wykorzystaniu elementów załączania w układzie, np. przekaźników podłączonych do LK, możliwe jest także sterowanie poprzez protokół MQTT i np. aplikację na telefon.

Korzyści ze stosowania monitora mocy INA740 z urządzeniem IoT serii LK

  • Prosty układ i pomiar kilku podstawowych parametrów elektrycznych i temperatury.
  • Duża precyzja pomiaru.
  • Możliwość konfiguracji automatyki i powiadomień.
  • Możliwość obserwacji wykresu w celu analizy działania układu.
  • Zdalne zarządzanie.