能源管理系统开发和设计【开题报告】.doc

1、 1 毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 能源管理系统开发和设计 一 . 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： 立题的背景和意义 能源的利用一直是当今时代的主题，随着时代的不断进步和发展，能源的逐步消耗，因此，能源的开发就显得肯定重要和迫切！在我国的能源消耗中，工业是我国能源消耗的大户，能源消耗量占全国能源消耗总量的 70%左右。中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议提出：“十一五”期末单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低 20%左右，这一指标是“十一五”规划目标中最 重要的约束性指标之一，也是我国“十一五”期间节能工作的奋斗目标。因此，加强企业能源计

2、量管理，开展企业节能降耗行动，提高能源利用率是减少资源消耗、保护环境的最有效途径，也是我国走新型工业化道路的重要内容，这对于提高企业经济效益，缓解社会经济发展面临的能源和环境约束，完成“十一五”规划目标有着十分重要的意义。 为了能使企业更好的完成资源调配、组织生产、部门结算、成本核算，需要建立一套有效的自动化能源数据获取系统，对能源供应进行监测，以便企业实时掌握能源状况，为实现能源自动化调控扎下坚实的数据基础，同时方便企业的 计量和成本核算工作。 能源数据具有标准化、专业化、科学化、时效性强的特点，采集难度较高。同时，考虑到能源数据对于企业决策的重要意义，以及能源本身具备危险性的特点，需要对企

3、业建立的能源数据获取系统提出更高的要求。因此，企业能源管理系统（以下简称 EMS）必须满足专业性强、实时性好、可进行远程资料交换、可用性强的需求。 国外能源系统管理的现状和发展趋势 1 受经济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加 。 随着世界经济规模的不断增大，世界能源消费量持续增长， 1973 年世界一次能源消费量仅为 57.3 亿吨油当 量， 2003 年已达到 97.4 亿吨油当量。过去 30 年来，世界能源消费量年均增长率为 1.8%左右。 2 世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家增长速率明显低于发展中国家 。 2 过去 30 年来，北美、中南美洲、欧洲、中东、非洲及亚

4、太等六大地区的能源消费总量均有所增加，但是经济、科技与社会比较发达的北美洲和欧洲两大地区的增长速度非常缓慢，其消费量占世界总消费量的比例也逐年下降，北美由 1973 年的 35.1%下降到 2003 年的28.0%，欧洲地区则由 1973 年的 42.8%下降到 2003 年的 29.9%。 OECD(经济合作与发 展组织 )成员国能源消费占世界的比例由 1973 年的 68.0%下降到 2003 年的 55.4%。其主要原因，一是发达国家的经济发展已进入到后工业化阶段，经济向低能耗、高产出的产业结构发展，高能耗的制造业逐步转向发展中国家；二是发达国家高度重视节能与提高能源使用效率。 3 世界

5、能源消费结构趋向优质化 。 石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。同时，核能、风能、水力、地热等其他形式的新能源逐渐被开发和利用，形成了目前以化石燃料为主和可再生能源、新能源并存的能源结构格局。到 2003 年底，化石能源仍是世界的主要能源， 在世界一次能源供应中约占 87.7%，其中，石油占 37.3%、煤炭占 26.5%、天然气占 23.9%。非化石能源和可再生能源虽然增长很快，但仍保持较低的比例，约为 12.3%。 相对于我国现状，世界的能源消费结构明显要先进。 国内能源管理系统现状和发展趋势 1 能源丰富而人均消费量少 我国能源虽然丰富，但分布很不均匀，煤炭资源 60%以上在华

6、北，水力资源 70%以上在西南，而工业和人口集中的南方八省一市能源缺乏。虽然在生产方面，自解放后，能源开发的增长速度也是比较快，但由于我国人口众多，且人口增长快，造成我国人均能 源消费量水平低下 。 2 能源构成以煤为主，燃煤严重污染环境 从目前状况看，煤炭仍然在我国一次能源构成中占 70%以上，成为我国主要的能源，煤炭在我国城市的能源构成中所占的比例是相当大的。以煤为主的能源构成以及 62的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿用落后的技术被直接燃烧使用，成为我国大气污染严重的主要根源。燃煤排放的大气污染物对我国城市的大气污染的危害已十分突出：污染严重、尤其是降尘量大；污染冬天比夏天严重；我国南方烧的高

7、硫煤产生了另一种污染 -酸雨；能源的利用率低增加了煤的消耗量。 3 农村能源供应短缺 我国农村的 能源消耗，主要包括两方面，即农民生活和农业生产的耗能。我国农村人口3 多，能源需求量大，但农村所用电量仅占总发电量的 14%左右。而作为农村主要燃料的农作物桔杆，除去饲料和工业原料的消耗，剩下供农民作燃料的就不多了。即使加上供应农民生活用的煤炭，以及砍伐薪柴，拣拾干畜粪等，也还不能满足对能源的需求。 因此，我国目前的能源利用状况是相对落后，形势比较严峻的。 主要研究内容 本系统在分析阶段运用结构化分析方法，与用户进行充分的交流，采用“自顶向下”的方法进行系统的分析。把一个大的复杂的系统逐级分解成小

8、的、易于管理的系 统，既利于系统的设计开发，又利于用户能够尽早地看到结果，及时提出意见等等。 系统架构：能源管理系统以 SCADA 系统为核心，加以组态王这一工业软件，利用 PLC作为接口连接数据采集和后台数据库，如图 2.1 所示。能源管理系统的构架可以从体系结构上分成 3 层，即数据采集系统，现场控制器（ PLC 或现场设备）及通信网络（ RS232， RS485），能源管理监控中心 (PC 控制室 )。整个系统以实时数据库和组态王软件为基础，结合网络通信，嵌入式技术组成一套先进的自动采集，存储，分析数据并进行预测。 系统结构图 能源管理监控中 心 能源管理境况中心以 SCADA 软件和

9、I/O Server 实时数据服务器为核心，布置分布式数据采集管理系统，实现在线的数据监视，数据采集和实时传输等能源管理功能并支持二次开发和现场组态。 4 通信网络 通信网络采用 RS485 和 RS232 连接，建立分区域的网络，层与层之间采用线性结构进行连接，从而建立高可靠，专有的能源数据采集通信网络。 数据采集 数据采集系统以现场数据采集为核心，进行数据信号采集，处理，通信，协议转换等，将采集到的能源消耗数据连续、真实、可靠的传输到系统数据库中，为能源管理系统的统计分析提供基础 数据。 系统的主要功能包括 ： 采集基础数据，包括电流、电压、功率因数、流量、温度、压力、设备状态等 ； 传感

10、器网络通信协议的实现、转换及实现装置，以太网网络通信协议的实现 ； 数据库系统、接口、 OPC 实现 ； Web 访问 ； 过程监视、操作控制、实时调整等界面和过程曲线、信息显示等辅助界面的显示、切换 ； 介质计量参数管理、维护单位管理、计量设备管理、测点耗量关系等基础数据的管理 ； 各种配置参数设置、用户权限设置、其他需人工录入的参数设置等界面管理 ； 能源数据汇总、统计、管理以及数据报表的生成 ； 能源使用分析、计划、仿真 ； 能量平衡计算、能源使用估计、能源消耗的预测 ； 能源供给品质估计、供给能力估计 ； 能源费用管理 ； 能源使用分配 ； 能源生产监测，包括能源品质监测、能源生产绩效

11、监测等 ； 安全管理； I/O 通信冗余，能够在主通信中断时自动切换到旁路 ； 支持在线组态 ； 支持 ODBC、 OPC、 API、 DDE 等标准数据交换方式 ； 网络通信采用标准的 NetBIOS，支持 IPX/SPX、 TCP/IP 等协议 。 能源管理系统的实现： 5 系统可以从实现原理上分为管理软件和现场数据采集柜两部分。 SCADA 软件是系统管理系统的基础平台，其可以采用通用软件，例如 NI LookOut,组态王等，也可以针对专用的平台独立开发。 现场数据采集系统作为 SCADA 系统的一部分，整个能源管理系统的中扮演着基础数据提供的角色，占着非常重要的位置！他的功能是从计量

12、仪器采集数据，读取执行机构的状态，实现协议转换和系统数据库进行通信等。现场数据采集系统的采集速度，采集精度，设备稳定性，扩展性等决定了整个系 统的性能。 数据是由现场设备（ PLC）进行采集，记录。这些采集到的数据格式不一定统一，还要进行整理和转换格式，使它能够为系统处理的能源信息做好准备；最后，对这些能源数据进行平衡优化处理，就是要按照一定的规则和设定，对采集到的数据进行必要的分类、筛选、统计、计算等处理并对各厂的能源信息进行反馈控制。 网络传输与查询子系统是相对独立的子系统，是为不同层次，不同部门之间提供一个数据文件的传输功能和方便的交流查询功能。 数据流程图 二、研究的基本内容，拟解决的

13、主要问题： 6 基本内容：确定管理系统框架和数据流程，通 过组态王这工业软件建立车间管理模型，通过模拟来达到对现场设备的参数记录，实时监控的目的。 第一部分：确立管理系统的基本框架。 第二部分：了解组态王这软件的应用与用此软件与 PLC 进行连接，进行初步的测试。 第三部分：建立数据库，并对数据库进行操作与一般的出来。 第四部分：建立系统模型，模拟车间情况以求确定能够对此进行实时监控。 三、研究步骤、方法及措施： （一）研究步骤：确定论文方向，选择论题 确定论文题目 收集资料，分析资料，得出自己的设计方案 撰写开题报告 撰写文献综述 撰写论文。 （二）方法及 措施： 文献法：搜集利用国内外有关

14、资料，不断完善本课题研究。 参考前人的研究文献对这个主题的研究。同时也从他们的研究当中吸取宝贵的经验，综合了解学者们的研究动向，在此基础上提出自己的见解。 学习新的软件，同时模仿软件自带的系统和程序来完成自己的构思与设计方案。 【参考文献】 1 赵龙，王华 .我国能源管理信息系统开发初探 J.工业加热 ,2003 年 2 庞庆华 ,周斌 ,潘郁 .AJ-System 柔性辅助调度系统的设计及其开发 J.计算机工程与设计 .2003 年 3 李莉 .浅谈能源管理在节能 降耗中的作用 J.中国能源， 2002 年 4 徐少华南钢焦化厂能源管理现状及节能技术的应用 J江西能源， 2002 年 5 庞

15、庆华 . 柔性设计机制及其在生产作业计划决策支持系统中的应用 D.南京：南京工业大学， 2003 年 . 6 吴开贵 ,周家启 ,杨志 ,等 .基于面向对象的电网可靠性评估辅助决策系统 J.重庆大学学报 (自然科学版 ),2000 年 7 任铁良，蒋汉华，程明懿 .冶金能源信息库管理与能耗分析系统的研究 D. 中国科学院上海冶金研究所 ; 材料物理与化学 (专业 ) 博士论文 ， 2000 年 度 8 Soteris A.Kalogirou. Effect of fuel cost on the price of desalination water: acase for renewables

16、J. Desalination, 2001 9 刘嗯博，田敏，李江全 .组态软件数据采集与串口通信测控应用实战 M， 人民邮电出版社 ， 2010 年 7 10 周斌：能源信息管理系统的开发和应用 J 2004 年 11 Soo Hoo， Kent， Jr Design of a medical image data warehouse for epilepsy diagnosis and researchD America： University of Califomia 2002 12 陈建明 . 电气控制与 PLC 应用 M , 人民邮电出版社 ,2010 年 13 王文华 基于组态王的

17、水泥厂能源量计量系统设计开发 D,上海交通大学硕士学位论文， 2006 年 五、研究工作进度： 2010 年 11 月 15 日，进行毕业论文撰写的动员、布置毕业论文的前期准备工作。 2010 年 11 月 28 日，与指导老师见 面，下达任务书，讨论选题，指导教师推荐参考书目。 2011 年 12 月 15 日之前，递交开题报告、外文翻译和文献综述，上缴指导教师审阅。 2011 年 3 月底，基本完成毕业设计论文。 2011 年 4 月上旬根据指导老师提出的修改意见进行初稿修改。 2011 年 5 月上旬，拟基本完成论文的修改稿并上交。 2011 年 6 月初，拟上交论文终稿，准备毕业论文答辩。