Открытые расчеты процессов водоподготовки в интернете
К.т.н. Очков В.Ф. (Московский энергетический институт)
Вышедшая в начале 2004 г. книга «Водоподготовка в энергетике» [1], имеет одну особенность – она подкреплена сайтом в интернет (www.vpu.ru – vpu – водоподготовительная установка – рис. 1), на котором собраны информационные материалы, связанные с темой книги.
Рис. 1 Сайт в интернет книги «Водоподготовка в энергетике»
Ссылка на сайте «On-line расчеты в Интернет» открывают страницу с сетевыми
документами, по которым можно работать, используя новую технологию удаленного
доступа к расчетам – технологию Mathcad Application Server
(MAS) [2]. В чем ее суть!?
В настоящее время большое количество научно-технических и инженерных
расчетов реализовано в программной среде Mathcad, которая позволяет, с одной
стороны, сохранять естественную форму записи формул расчета, что очень удобно
для чтения такого документа, теми, кто не знаком с языками программирования, а
с другой – вставить в них мощный математический аппарат и средства графического
отображения полученных данных. Кроме того, в среду Mathcad могут быть
интегрированы и другие широко распространенные вычислительные инструменты –
Excel, MatLab
и LabVIEW,
что еще больше усиливает математику Mathcad. Известно, что многие расчеты, в том числе и в области
водоподготовки, реализованы в электронных таблицах Excel. Такие расчеты могут быть внедрены
в Mathcad даже без
ревизии того, что в них когда-то было заложено, а через этот пакет по
технологии MAS открыты в сети. При этом сами расчетные формулы по желанию
разработчика могут быть скрыты от пользователей, которые имеют возможность
только изменить исходные данные и просмотреть (распечатать, сохранить на диске,
вставить в другой документ) ответ. Но можно (и нужно – см. слово «открытые» в
названии статьи) открыть все формулы и промежуточные результаты расчетов, чтобы
пользователь всегда имел возможность проверить расчет и приложить к нему другие
формулы и алгоритмы.
В конце 2003 г. в Московском энергетическом институте (www.mpei.ru) была установлена локальная копия
MAS[1]
и интернет-адресом www.vpu.ru/mas
. Любой желающий, чей компьютер подсоединен к сети интернет (а в настоящее
время ни одно инженерное или проектное бюро немыслимо корпоративной сети[2]
с возможностью выхода в глобальную сеть), может вести расчеты по сетевым
документам. Там же – на сайте www.vpu.ru/mas
можно найти ссылки на документы, касающиеся технологии использования MAS и
подготовки Mathcad-документов к публикации в интернет или интранет.
Технология MAS
позволяет решить следующие проблемы:
• нет
необходимости ставить на компьютеры пользователей саму программу Mathcad,
где-то искать, проверять на отсутствие вирусов и запускать прикладные файлы –
достаточно подключить компьютер к интернет и обратиться к MAS через браузер
(Internet Explorer 5.5
и выше[3]);
при этом сохраняется полная иллюзия того, что на компьютере открыт
Mathcad-документ, в котором можно изменять исходные данные и считывать (распечатывать,
сохранять на диске, вставлять в другие Windows-приложения – в Word, например) ответ;
• новые
расчетные методики становятся моментально доступны
всем пользователям интернет-сообщества – достаточно
только сообщить будущим пользователям интернет-адрес
расчета;
• любые
ошибки, опечатки, недоработки и допущения в расчете, замеченные как самим
автором, так и пользователями, могут быть быстро (и незаметно для
пользователей) исправляться;
• технология MAS не исключает возможности скачивания с сервера самих Mathcad-документов для их расширения и модернизации;
• с
другой стороны, есть возможность допуска к некоторым расчетам по паролю,
который разработчик может передавать некоторым пользователям, оговаривая это
некоторыми условиями (платный доступ, участие в тестировании и модернизации
расчета и др.).
Технология MAS
решает проблему лицензирования работы с программным обеспечением компьютера:
пользователю нет необходимости покупать дорогостоящую программу Mathcad или
ставить на компьютер ее «пиратскую» копию, а также постоянно обновлять программу
и дополнительно заменять и/или обновлять операционную систему Windows, делать «upgrade» компьютеру или даже покупать
новый – достаточно только обратиться к MAS.
На интернет-сайте по адресу www.vpu.ru/mas, «химико-энергетическая» часть которого отображенна на рис. 2, собранны расчеты, связанные с водоподготовкой в энергетике, водным режимом, экологией и аналитической химией.
Рис. 2. Интернет-расчеты по водоподготовке
На рис. 3 показан расчетный документ, по которому можно определить проектную производительность водоподготовки тепловой электростанции в зависимости от ее параметров – типа и числа энергетических блоков и котлов, а также вида используемого топлива.
Рис.3. Определение в интернет производительности ВПУ
Для получения нужной информации необходимо зайти на расчетный сайт через адрес www.vpu.ru/mas или прямо по адресу http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Calc_Q_VPU_2.mcd, «галочками» указать исходные данные и нажать на кнопку Recalculate (пересчитать). После этого новые исходные данные будут отправлены на MAS, где будет проведена проверка их правильности (нельзя, например, выбрать блок К-300-240 и барабанный котел), сделан соответствующий пересчет, а ответ отправлен на компьютер обратившегося к MAS.
Расчетный интернет-документ, отображенный на рис. 4 и хранящийся по адресу http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Calc_IK_Ravnov_Progr.mcd, позволяет рассчитать равновесные концентрации ионов в воде после предочистки, включающей известкование и коагуляцию.
Рис.4. Расчет предочистки в интернет
Сами расчетные формулы и промежуточные данные, как и в случае, отображенном на рис. 3, не показаны, хотя ничего не мешает показывать их для контроля правильности расчетов (см., например, расчет обессоливания воды на ионитных фильтрах по адресу http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/VPU_Osv_H1_A1_H2_D_A2.mcd). При расчете равновесных концентраций в воде после известкования и коагуляции показана проверка расчета – показывается, что уравнения, определяющие равновесия в водной системе при найденных значениях концентраций превращаются в тождества. На рис. 4 это показано только для значения ионного произведения воды Kw, но на сайте подобные тождества выведены и для других термодинамических констант, участвующих в расчете: константы диссоциации угольной кислоты по 1-й и 2-й ступеням и произведений растворимости карбоната кальция и гидрата окиси магния. Кроме того, графиками показано влияние дозы извести на характеристики воды после предочистки – значение pH (см. рис. 4), жесткости и щелочности известкованной воды (эти графики расположены ниже первого и появляются по мере прокрутки сетевого документа).
На сайте размещено большое количество «интеллектуальной» справочной информации по характеристикам материалов и реагентов, применяемых в водоподготовке. «Интеллектуальной» в том смысле, что даны не просто таблицы и графики, а «живые» расчетные методики. Так на рис. 5 отображен сайт по адресу http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Ep_AB_17.mcd, рассчитывающий рабочую обменную емкость ионита в зависимости от условий регенерации и качества поступающей на фильтр воды. Ответ иллюстрируется графиком, на котором проводится недостающая кривая и отмечается расчетная точка.
Рис.5 Образец «интеллектуальной» справочной информации по водоподготовке в интернет
Выше приведены примеры только трех
расчетных сетевых документов. На сервере же их более ста. И эта цифра постоянно
увеличивается как за счет новых наработок кафедры Технологии воды и топлива
МЭИ, так и за счет файлов, присылаемых специалистами, работающими в области
водоподготовки. Особо следует отметить сетевой расчетный
документ, хранящийся по адресу http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/New_VPU/Anketa.mcd.
По нему ведется опрос специалистов конкретной водоподготовительной установки
конкретной электростанции на предмет дачи рекомендаций по модернизации ВПУ
исходя из качества исходной воды, характеристик потребителя подготовленной
(умягченной или обессоленной) воды и современного уровня (отечественного и
зарубежного) водоподготовки.
Технология on-line расчетов в интернете (а в настоящее
время такой технологией подкреплены все популярные математические пакеты – Maple, MatLab, Mathematica и др.) еще шире раскрывают
преимущества открытых расчетов [3]. С
другой стороны, она не исключает и возможность использование старой технологии
скачивания нужного файла из интернета, открытия и
редактирования его в какой-либо программной среде. Так на рис. 1 можно увидеть
строки «Mathcad-документы
книги» и «Описание Excel-документа книги (сам документ VPU.xls)»,
раскрывающие FTP-серверы
книги «Водоподготовка в энергетике» с файлами для Mathcad и Excel.
Литература:
1.
Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в
энергетике М.: Издательство МЭИ, 2003. – 310 с.: ил. (www.vpu.ru)
2.
Очков В.Ф. Mathcad: от графика к формуле, от расчета на
компьютере к расчету в интернет, ж. Exponenta Pro. Математика в приложениях, № 4, 2003 г. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/Plot_Spline)
3.
Очков В.Ф., Пильщиков А.П., Чудова Ю.В. Открытые
расчеты в теплоэнергетике на примере водоподготовки, ж. «Энергосбережение и
водоподготовка, № 1, 2002 г., с. 21-24. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/Open_Calc)