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GPA组态式在线性能计算软件

2009-10-20 23:53:00作者：来源：

摘要分析了火电厂在线性能计算软件的开发和使用情况，指出了其中存在的软件通用性、可维护性、可移植性较差及其重复开发等问题。列举了全局性能指导(GPA)组态式在线性能计算软件的诸多优点。...

在分析了在线性能计算软件的开发和在我国发电厂应用基础上，指出了其中存在的通用性、可维护性、可移植性较差等问题。介绍了美国艾默生公司开发的 GPA 组态式在线性能计算软件（简称GPA软件）及其在发电厂的应用情况，对该软件的通用OPC数据接口、组态模块库、组态式软件架构、质量标记及跟踪、数据查看分析工具、计算引擎服务管理工具、性能计算结果Web页显示等特点分别进行了详述。

1、在线性能计算软件现状

    1.1 在线性能计算软件开发

    虽然DCS包含在线性能计算软件，但是发电厂往往在机组投产后重新开发在线性能计算软件，产生这个现象的主要原因有：(l)DCS的组态多由热工专业人员负责，而在线性能计算多由节能工程师或者机务专业人员使用，在机组投产前，热工人员未进行在线性能计算软件的组态调试；(2)发电厂用户希望在管理信息系统(MIS)或火电厂厂级监控信息系统(SIS)上监视到在线性能计算的结果，由于数据接口等原因造成DCS的性能计算软件难以植入MIS或SIS中，因此需在MIS或SIS上重新开发在线性能计算软件；(3)传统的在线性能计算软件采用编程定制方式，升级和维护困难，当机组大小修或设备改造后，发电厂无法修改在线性能计算软件的模型和相关参数以适应变化后的机组情况。因此，在线性能计算软件重复开发现象在发电厂较为普遍，同一套在线性能计算软件在发电厂使用10年以上的情况较少。

1.2 实现方式

在线性能计算是在线获取生产实时数据，每隔一定的时间完成一次性能计算，并将性能计算结果存入数据库。在线性能计算软件包括与DCS/MIS/SIS的数据通讯接口（读写数据）和性能计算（根据各种热力学算法公式进行性能指标的计算）。数据通讯接口主要有API函数、NetDDE和OPC协议。API函数接口撇缺点在于：(1)早期的DCS生产厂不提供API函数说明，使得无法开发在线性能计算软件；(2)基于API涵数接口的在线性能计算软件可移植性差。NetDDE协议的缺点在于：(1)数据传输效率较低；(2)通讯连接断开后不能自动恢复。基于OPC协议开发的在线性能计算软件可移植性强，因此OPC数据接口成为在线性能计算软件的首选数据通讯方式。

在线性能计算可分为编程方式和组态方式。编程方式是利用高级编程语言(如VC 、VB、Delphi等)，根担美国ASME标准或我国国家标准，将热力学性能计算公式编写成程序。由于编程方式的性能计算模型被完全封装，无法在线跟踪性能计算过程和在线查询性能计算的大量中间计算值，因此当在线性能计算结果出现偏差时无法对其进行诊断分析。组态方式无需编写程序，只需根据标准热力学模型库进行在线性能计算组态。由于组态方式性能计算模型对用户完全透明，查询和修改性能计算的组态方式和参数较方便。

目前，国内的性能计算软件大部分采用编程方式实现，虽然国内学者在组态式性能计算软件方面进行了大量研究，但是这些研究成果与实际应用还有一定距离。因此，国内大部分在线性能计算软件还处于从编程方式向通用的组态方式过渡阶段。

1.3 功能目标

在线性能计算软件应具备以下性能：(l)可在集控室操作员站上查询在线性能计算结果；数据分析工具可对性能计算结果进行分析诊断，当在线性能计算结果偏离正常值时，给出产生偏差的原因，以指导运行和优化日常操作。(2)易于二次开发和修改；(3)可与MIS或SIS联网；(4)运行稳定，维护方便（如当软件所在的计算机重新启动后，能够自动启动软件，不需任何人为操作）。

2、GPA组态式在线性能计算软件

GPA为1套图形化的、可组态的在线或离线计算电厂热力设备及全厂综合性能指标的软件，是美国艾默生过程控制有限公司制造的Ovation DCS的一部分。

2.1 通用OPC数据通讯接口

GPA软件支持标准OPC数据接口，因此GPA不仅可以在Ovation DCS 上运行，还可以在支持OPC通讯协议的其它DCS、SIS或MIS上运行，因此具有很好的移植性。

2.2 组态模块

GPA具有丰富的标准组态模块(表1) ，这些模块不仅适用于燃煤电厂，也适用于燃气一蒸汽联合循环电厂、循环流化床锅炉电厂、垃圾锅炉电厂和水力发电厂。

表1 GPA具有丰富的标准组态模块

GPA的专业模块都是基于ASME标准开发的，因此性能计算组态时，可直接用专业模块组态计算主要设备的性能指标。

根据电厂要求，GPA软件也可依据我国国家标准进行在线性能计算。利用GPA的数学模块、逻辑模块、水蒸气模块等基本模块，可以对任意形式的热力计算公式进行组态。这样，即使不使用GPA的专业模块，也能够通过基本模块的组态完成基于任何热力计算公式的性能指标计算，保证了软件具有通用性。

以燃煤锅炉性能指标计算为例，GPA提供了基于ASME PTC 4.1反平衡热损失方法的通用计算模块。该模块的输入参数包括煤质分析数据、空气预热器进出口烟气温度、空气预热器进出口空气温度、空气预热器漏风率、主蒸汽流量，锅炉总风量等；输出参数包括干燥气体热损失、由燃料水分导致的热损失、由氢燃料生成水分的热损失、由所提供的空气中水分导致的热损失、由灰产生的热损失、未测量到的热损失、辐射损失、由一氧化碳导致的热损失、锅炉效率、修正锅炉效率、修正排烟温度等。在GPA软件里，这些模块是被封装的[8]，组态时只需配置输入输出参数。

    2.3 组态式软件架构

    传统的在线性能计算软件大多采用编程方式，使得性能计算程序不具备二次开发和扩充能力。GPA软件采用图形化组态式的软件架构，为完全开放式软件，可以随时调整组态内容和参数。

性能计算组态主要包括添加工程文件、算法块组态页面文件，并配置相关参数（如OPC通讯接口参数配置），建立函数块（图1) ，配置函数块的输入输出参数和设计参数（图2，图3）。

图1 GPA软件组态页面

图2 函数块设计参数配置界面

图3 函数块输入输出参数配置界面

由此可见，GPA组态式在线性能计算软件具有很强的开放性和灵活性，用户可以根据需要自行调整在线性能计算中的各种参数和测点，或增加性能计算内容。

2.4 质量标记及跟踪

GPA软件中的所有数据都具有质量标记（好、坏、不确定）。一个完整的在线性能计算需要由几百个模块按一定的计算顺序组态构成，每一个模块都具有输入输出参数，任何一个数据的值和质量标记都由某一个模块的输出参数唯一确定，GPA软件可以通过跟踪数据质量标记对在线性能计算结果进行分析和诊断。

    2.5 性能计算结果分析器(GPA View)

    GPAView可用于交互式和多角度地在线查询性能计算结果。计算结果包括输入参数、输出参数、计算中间值、设计参数、质量标记等，其特点为：(1)可根据计算结果的不同属性进行排序；(2)可对计算参数进行检索；(3)可以根据算法的偶合关系，在相关的算法块之间进行链接；(4)可对不同机组的性能计算结果进行比较分析。因此，使用GPAView可以对性能计算产生的所有数据进行浏览分析。GPAView界面如图4所示。

图4 GPA View性能计算结果分析器界面

2.6 计算引擎后台服务管理

GPA计算引擎后台服务管理工具能够在服务器或计算机重新启动时，自动启动在线性能计算软件，实现了性能计算软件的零维护。同时，该服务管理工具如具有服务启动延时功能，延时时间可手动设定。在线性能计算引擎服务依赖其它Windows 进程和服务，只有这些进程和服务启动后，才能使在线性能计算引擎服务的自动启动更加可靠。

2.7 计算结果的Web页显示

传统的在线性能计算软件很难兼顾既可在操作员站上监视在线性能计算结果，也可在MIS或SIS上监视在线性能计算结果的要求。对此，GPA软件则可满足要求。这是因为，GPA软件能够将在线性能计算结果以DCS画面的形式无缝集成到DCS; GPA软件还具有Web网页发布功能，即把在线性能计算结果显示在HTML格式的网页上，并将该网页传到MIS或SIS网上，供MIS或SIS监视在线性能计算结果。图5为国内某台600MW机组Ovation DCS的GPA软件功能结构。

图5 GPA软件功能结构