摘要：分析了火電廠在線性能計算軟件的開發(fā)和使用情況，指出了其中存在的軟件通用性、可維護性、可移植性較差及其重復開發(fā)等問題。列舉了全局性能指導(GPA)組態(tài)式在線性能計算軟件的諸多優(yōu)點。
 
      在分析了在線性能計算軟件的開發(fā)和在我國發(fā)電廠應用基礎上，指出了其中存在的通用性、可維護性、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)式在線性能計算軟件（簡稱GPA軟件）及其在發(fā)電廠的應用情況，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)量標記及跟蹤、數(shù)據(jù)查看分析工具、計算引擎服務管理工具、性能計算結(jié)果Web頁顯示等特點分別進行了詳述。
1 在線性能計算軟件現(xiàn)狀
1.1 在線性能計算軟件開發(fā)
      雖然DCS包含在線性能計算軟件，但是發(fā)電廠往往在機組投產(chǎn)后重新開發(fā)在線性能計算軟件，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)人員負責，而在線性能計算多由節(jié)能工程師或者機務專業(yè)人員使用，在機組投產(chǎn)前，熱工人員未進行在線性能計算軟件的組態(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)視到在線性能計算的結(jié)果，由于數(shù)據(jù)接口等原因造成DCS的性能計算軟件難以植入MIS或SIS中，因此需在MIS或SIS上重新開發(fā)在線性能計算軟件；(3)傳統(tǒng)的在線性能計算軟件采用編程定制方式，升級和維護困難，當機組大小修或設備改造后，發(fā)電廠無法修改在線性能計算軟件的模型和相關(guān)參數(shù)以適應變化后的機組情況。因此，在線性能計算軟件重復開發(fā)現(xiàn)象在發(fā)電廠較為普遍，同一套在線性能計算軟件在發(fā)電廠使用10年以上的情況較少。
1.2 實現(xiàn)方式
      在線性能計算是在線獲取生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，每隔一定的時間完成一次性能計算，并將性能計算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。在線性能計算軟件包括與DCS/MIS/SIS的數(shù)據(jù)通訊接口（讀寫數(shù)據(jù)）和性能計算（根據(jù)各種熱力學算法公式進行性能指標的計算）。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)在線性能計算軟件；(2)基于API涵數(shù)接口的在線性能計算軟件可移植性差。NetDDE協(xié)議的缺點在于：(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。基于OPC協(xié)議開發(fā)的在線性能計算軟件可移植性強，因此OPC數(shù)據(jù)接口成為在線性能計算軟件的首選數(shù)據(jù)通訊方式。
     在線性能計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)，根擔美國ASME標準或我國國家標準，將熱力學性能計算公式編寫成程序。由于編程方式的性能計算模型被完全封裝，無法在線跟蹤性能計算過程和在線查詢性能計算的大量中間計算值，因此當在線性能計算結(jié)果出現(xiàn)偏差時無法對其進行診斷分析。組態(tài)方式無需編寫程序，只需根據(jù)標準熱力學模型庫進行在線性能計算組態(tài)。由于組態(tài)方式性能計算模型對用戶完全透明，查詢和修改性能計算的組態(tài)方式和參數(shù)較方便。
      目前，國內(nèi)的性能計算軟件大部分采用編程方式實現(xiàn)，雖然國內(nèi)學者在組態(tài)式性能計算軟件方面進行了大量研究，但是這些研究成果與實際應用還有一定距離。因此，國內(nèi)大部分在線性能計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
    在線性能計算軟件應具備以下性能：(l)可在集控室操作員站上查詢在線性能計算結(jié)果；數(shù)據(jù)分析工具可對性能計算結(jié)果進行分析診斷，當在線性能計算結(jié)果偏離正常值時，給出產(chǎn)生偏差的原因，以指導運行和優(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)運行穩(wěn)定，維護方便（如當軟件所在的計算機重新啟動后，能夠自動啟動軟件，不需任何人為操作）。
2  GPA組態(tài)式在線性能計算軟件
      GPA為1套圖形化的、可組態(tài)的在線或離線計算電廠熱力設備及全廠綜合性能指標的軟件，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軟件支持標準OPC數(shù)據(jù)接口，因此GPA不僅可以在Ovation DCS 上運行，還可以在支持OPC通訊協(xié)議的其它DCS、SIS或MIS上運行，因此具有很好的移植性。
2.2 組態(tài)模塊
      GPA具有豐富的標準組態(tài)模塊(表1) ，這些模塊不僅適用于燃煤電廠，也適用于燃氣一蒸汽聯(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標準開發(fā)的，因此性能計算組態(tài)時，可直接用專業(yè)模塊組態(tài)計算主要設備的性能指標。
       根據(jù)電廠要求，GPA軟件也可依據(jù)我國國家標準進行在線性能計算。利用GPA的數(shù)學模塊、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算公式進行組態(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算公式的性能指標計算，保證了軟件具有通用性。
      以燃煤鍋爐性能指標計算為例，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)、空氣預熱器進出口煙氣溫度、空氣預熱器進出口空氣溫度、空氣預熱器漏風率、主蒸汽流量，鍋爐總風量等；輸出參數(shù)包括干燥氣體熱損失、由燃料水分導致的熱損失、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)的在線性能計算軟件大多采用編程方式，使得性能計算程序不具備二次開發(fā)和擴充能力。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)和設計參數(shù)（圖2，圖3）。

    由此可見，GPA組態(tài)式在線性能計算軟件具有很強的開放性和靈活性，用戶可以根據(jù)需要自行調(diào)整在線性能計算中的各種參數(shù)和測點，或增加性能計算內(nèi)容。