摘要：分析了火電廠在線性能計(jì)算軟件的開發(fā)和使用情況，指出了其中存在的軟件通用性、可維護(hù)性、可移植性較差及其重復(fù)開發(fā)等問題。列舉了全局性能指導(dǎo)(GPA)組態(tài)式在線性能計(jì)算軟件的諸多優(yōu)點(diǎn)。
在分析了在線性能計(jì)算軟件的開發(fā)和在我國發(fā)電廠應(yīng)用基礎(chǔ)上，指出了其中存在的通用性、可維護(hù)性、可移植性較差等問題。介紹了美國艾默生公司開發(fā)的 GPA 組態(tài)式在線性能計(jì)算軟件（簡稱GPA軟件）及其在發(fā)電廠的應(yīng)用情況，對該軟件的通用OPC數(shù)據(jù)接口、組態(tài)模塊庫、組態(tài)式軟件架構(gòu)、質(zhì)量標(biāo)記及跟蹤、數(shù)據(jù)查看分析工具、計(jì)算引擎服務(wù)管理工具、性能計(jì)算結(jié)果Web頁顯示等特點(diǎn)分別進(jìn)行了詳述。
1 在線性能計(jì)算軟件現(xiàn)狀
1.1 在線性能計(jì)算軟件開發(fā)
雖然DCS包含在線性能計(jì)算軟件，但是發(fā)電廠往往在機(jī)組投產(chǎn)后重新開發(fā)在線性能計(jì)算軟件，產(chǎn)生這個現(xiàn)象的主要原因有：(l)DCS的組態(tài)多由熱工專業(yè)人員負(fù)責(zé)，而在線性能計(jì)算多由節(jié)能工程師或者機(jī)務(wù)專業(yè)人員使用，在機(jī)組投產(chǎn)前，熱工人員未進(jìn)行在線性能計(jì)算軟件的組態(tài)調(diào)試；(2)發(fā)電廠用戶希望在管理信息系統(tǒng)(MIS)或火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)上監(jiān)視到在線性能計(jì)算的結(jié)果，由于數(shù)據(jù)接口等原因造成DCS的性能計(jì)算軟件難以植入MIS或SIS中，因此需在MIS或SIS上重新開發(fā)在線性能計(jì)算軟件；(3)傳統(tǒng)的在線性能計(jì)算軟件采用編程定制方式，升級和維護(hù)困難，當(dāng)機(jī)組大小修或設(shè)備改造后，發(fā)電廠無法修改在線性能計(jì)算軟件的模型和相關(guān)參數(shù)以適應(yīng)變化后的機(jī)組情況。因此，在線性能計(jì)算軟件重復(fù)開發(fā)現(xiàn)象在發(fā)電廠較為普遍，同一套在線性能計(jì)算軟件在發(fā)電廠使用10年以上的情況較少。
1.2 實(shí)現(xiàn)方式
在線性能計(jì)算是在線獲取生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)，每隔一定的時間完成一次性能計(jì)算，并將性能計(jì)算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。在線性能計(jì)算軟件包括與DCS/MIS/SIS的數(shù)據(jù)通訊接口（讀寫數(shù)據(jù)）和性能計(jì)算（根據(jù)各種熱力學(xué)算法公式進(jìn)行性能指標(biāo)的計(jì)算）。數(shù)據(jù)通訊接口主要有API函數(shù)、NetDDE和OPC協(xié)議。API函數(shù)接口撇缺點(diǎn)在于：(1)早期的DCS生產(chǎn)廠不提供API函數(shù)說明，使得無法開發(fā)在線性能計(jì)算軟件；(2)基于API涵數(shù)接口的在線性能計(jì)算軟件可移植性差。NetDDE協(xié)議的缺點(diǎn)在于：(1)數(shù)據(jù)傳輸效率較低；(2)通訊連接斷開后不能自動恢復(fù)。基于OPC協(xié)議開發(fā)的在線性能計(jì)算軟件可移植性強(qiáng)，因此OPC數(shù)據(jù)接口成為在線性能計(jì)算軟件的首選數(shù)據(jù)通訊方式。
在線性能計(jì)算可分為編程方式和組態(tài)方式。編程方式是利用高級編程語言(如VC 、VB、Delphi等)，根擔(dān)美國ASME標(biāo)準(zhǔn)或我國國家標(biāo)準(zhǔn)，將熱力學(xué)性能計(jì)算公式編寫成程序。由于編程方式的性能計(jì)算模型被完全封裝，無法在線跟蹤性能計(jì)算過程和在線查詢性能計(jì)算的大量中間計(jì)算值，因此當(dāng)在線性能計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差時無法對其進(jìn)行診斷分析。組態(tài)方式無需編寫程序，只需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)模型庫進(jìn)行在線性能計(jì)算組態(tài)。由于組態(tài)方式性能計(jì)算模型對用戶完全透明，查詢和修改性能計(jì)算的組態(tài)方式和參數(shù)較方便。
目前，國內(nèi)的性能計(jì)算軟件大部分采用編程方式實(shí)現(xiàn)，雖然國內(nèi)學(xué)者在組態(tài)式性能計(jì)算軟件方面進(jìn)行了大量研究，但是這些研究成果與實(shí)際應(yīng)用還有一定距離。因此，國內(nèi)大部分在線性能計(jì)算軟件還處于從編程方式向通用的組態(tài)方式過渡階段。
1.3 功能目標(biāo)
在線性能計(jì)算軟件應(yīng)具備以下性能：(l)可在集控室操作員站上查詢在線性能計(jì)算結(jié)果；數(shù)據(jù)分析工具可對性能計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析診斷，當(dāng)在線性能計(jì)算結(jié)果偏離正常值時，給出產(chǎn)生偏差的原因，以指導(dǎo)運(yùn)行和優(yōu)化日常操作。(2)易于二次開發(fā)和修改；(3)可與MIS或SIS聯(lián)網(wǎng)；(4)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便（如當(dāng)軟件所在的計(jì)算機(jī)重新啟動后，能夠自動啟動軟件，不需任何人為操作）。
2 GPA組態(tài)式在線性能計(jì)算軟件
GPA為1套圖形化的、可組態(tài)的在線或離線計(jì)算電廠熱力設(shè)備及全廠綜合性能指標(biāo)的軟件，是美國艾默生過程控制有限公司制造的Ovation DCS的一部分。
2.1 通用OPC數(shù)據(jù)通訊接口
GPA軟件支持標(biāo)準(zhǔn)OPC數(shù)據(jù)接口，因此GPA不僅可以在Ovation DCS 上運(yùn)行，還可以在支持OPC通訊協(xié)議的其它DCS、SIS或MIS上運(yùn)行，因此具有很好的移植性。
2.2 組態(tài)模塊
GPA具有豐富的標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)模塊(表1) ，這些模塊不僅適用于燃煤電廠，也適用于燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)電廠、循環(huán)流化床鍋爐電廠、垃圾鍋爐電廠和水力發(fā)電廠。
GPA的專業(yè)模塊都是基于ASME標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的，因此性能計(jì)算組態(tài)時，可直接用專業(yè)模塊組態(tài)計(jì)算主要設(shè)備的性能指標(biāo)。
根據(jù)電廠要求，GPA軟件也可依據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行在線性能計(jì)算。利用GPA的數(shù)學(xué)模塊、邏輯模塊、水蒸氣模塊等基本模塊，可以對任意形式的熱力計(jì)算公式進(jìn)行組態(tài)。這樣，即使不使用GPA的專業(yè)模塊，也能夠通過基本模塊的組態(tài)完成基于任何熱力計(jì)算公式的性能指標(biāo)計(jì)算，保證了軟件具有通用性。
以燃煤鍋爐性能指標(biāo)計(jì)算為例，GPA提供了基于ASME PTC 4.1反平衡熱損失方法的通用計(jì)算模塊。該模塊的輸入?yún)?shù)包括煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)、空氣預(yù)熱器進(jìn)出口煙氣溫度、空氣預(yù)熱器進(jìn)出口空氣溫度、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率、主蒸汽流量，鍋爐總風(fēng)量等；輸出參數(shù)包括干燥氣體熱損失、由燃料水分導(dǎo)致的熱損失、由氫燃料生成水分的熱損失、由所提供的空氣中水分導(dǎo)致的熱損失、由灰產(chǎn)生的熱損失、未測量到的熱損失、輻射損失、由一氧化碳導(dǎo)致的熱損失、鍋爐效率、修正鍋爐效率、修正排煙溫度等。在GPA軟件里，這些模塊是被封裝的[8]，組態(tài)時只需配置輸入輸出參數(shù)。
2.3 組態(tài)式軟件架構(gòu)
傳統(tǒng)的在線性能計(jì)算軟件大多采用編程方式，使得性能計(jì)算程序不具備二次開發(fā)和擴(kuò)充能力。GPA軟件采用圖形化組態(tài)式的軟件架構(gòu)，為完全開放式軟件，可以隨時調(diào)整組態(tài)內(nèi)容和參數(shù)。
性能計(jì)算組態(tài)主要包括添加工程文件、算法塊組態(tài)頁面文件，并配置相關(guān)參數(shù)（如OPC通訊接口參數(shù)配置），建立函數(shù)塊（圖1) ，配置函數(shù)塊的輸入輸出參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)（圖2，圖3）。
由此可見，GPA組態(tài)式在線性能計(jì)算軟件具有很強(qiáng)的開放性和靈活性，用戶可以根據(jù)需要自行調(diào)整在線性能計(jì)算中的各種參數(shù)和測點(diǎn)，或增加性能計(jì)算內(nèi)容。
