1、本科毕业论文（20 届）能源管理系统开发和设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业生论文II摘要随着时代的不断进步与发展，能源已经越来越成为需要迫切解决的问题了，在开发新能源的同时，对现有能源的系统管理也变得越来越重要，对能源的管理也要求信息化。从能源利用的角度来说，系统的管理能显著提高能源的实物资源的配置效率、将有力推动行业的整体技术进步、在更高层次上促进传统产业改造升级和产业结构优化、提升经济运行和管理水平。尤其是对于设备种类多、投资大、能耗大的行业来说，采用现代化的科学管理方法和手段来进行能源的科学管理，将有效提高企业的生产
2、效率、减少能源消耗、极大地促进能源资源的高效利用、显著提高能源利用的经济效益，具有十分重要的意义。本文论述了能源管理系统的设计与实现：整个系统采用分布式布置、集中管理的模式，对生产工艺设备、用能设备的能量数据进行管理；采用组态王这一个工程软件作为控制系统的核心，以 PLC 为例来对组态王这软件进行初步了解与学习，最后用该软件对现场进行生产控制，现场数据采集，现场时刻报表以及现场报警提示等各项项目的监控，同时建立初步的生产模型监控系统，达到总车间或者总公司能时刻掌握各车间各设备生产运营的情况。关键词：能源管理系统；PLC；组态王；数据库；现场数据采集本科毕业生论文IIIAbstract As t
3、he times progress and society advances, solving the problem of shortage of energy becomes very urgent. As the requirement for information management, system management towards the energy source now available also becomes significant while we are devoting to developing new energy. From the angle of e
4、nergy utilization, the information management can highly improve allocative efficiency of the energy source. It helps to push forward the integrated technique, remold the traditional industry to upgrade and optimize industry structure, promoting economies run - time and level of management. The adop
5、tion of modern scientific management method will improve production efficiency of enterprise, reduce energy consumption, and raise the utilization rate of energy source to the biggest, increase the economic benefits, especially for the industry with multispecies equipment, intensive capital and big
6、energy consumption.This essay discusses the project and implement of energy system management: the system adopts distributed arrangement and methods of centralized management, supervising production equipment and controlling energy data of the equipment using the energy; KingView as engineering soft
7、ware is arranged to be the core of operating system. Here it takes PLC as an example to learn and get a general idea about that. Finally, use this software to control the production on the site, collect the data and do time report and action control. At the same time, it fundamentally establishes pr
8、oduce pattern supervision system to make sure that the head work shop or the head office can master the state of production operation of the equipment in the workshop.Key words：energy management system；PLC ； KingView；database monitored control system；field data collection 本科毕业生论文IV目 目 录第 1 章 引言 .11.
9、1 需求分析 .11.1.1 立题的背景和意义 .11.1.2 能源管理的现状和需求 .11.2 国内外能源系统管理的现状 .21.2.1 国外能源系统管理的现状和发展趋势 .21.2.2 国内能源管理系统现状和发展趋势 .21.3 本课题的研究思路 .3第 2 章 系统分析 .42.1 必要性和可行性研究 .42.1.1 必要性 .42.1.2 可行性 .42.2 系统框架和系统功能分析 .52.2.1 系统框架设计 .52.3 系统软件 组态王 .62.3.1 建立“变量”与 PLC 的连接 .62.3.2 建立新画面 .72.3.3 添加文本显示 .82.3.4 模拟量显示 .92.3.
10、5 模拟量及数据的输出 .102.3.6 按钮控制输出 .112.3.7 设备运行状态指示 .152.3.8 程序下载 .152.3.9 注意事项 .162.4 数据流程 .16第 3 章 系统设计 .173.1 PC 与 PLC 串口通信程序 .173.1.1 建立新工程项目 .183.1.2 制作图形换面 .193.1.3 定义串口设备 .203.1.4 定义变量 .213.1.5 建立动画连接 .233.1.6 编辑命令语言 .233.1.7 调试与运行 .25第 4 章 数据库 .264.1 SQL 访问管理器 .264.2 对数据库的操作 .284.3 数据库查询控件 .29本科毕业
11、生论文V第 5 章 模型的初步设计 .325.1 模型的设计概述 .325.2 运行结果与总结 .38结语 .39致谢 .40参考文献 .41本科毕业生论文1第 1 章 引言能源问题，从中国乃至全世界范围来看，正逐渐成为一个亟待解的问题。随着的时代的发展，这个问题也将变的越来越迫切！目前，解决能源供应日趋紧张的问题主要有两种手段，一是开发新能源、可再生能源；二是对现有的能源设施进行节能改造，实现能源的优化。我国在“十一五”规划中提出了建设资源节约型和环境友好型社会的奋斗目标，能量的综合利用、能源的使用效率越来越受到人们的重视。为了能使企业更好地完成资源调配、组织生产、企业能量平衡、部门结算、成
12、本核算、能源预测等，需要建立一套有效能源数据的自动采集、监测、管理、调配系统，以便企业随时掌握能源消耗、使用状况。本文将选取采用分布式监控、集中式管理模式，基于现场总线方式的网络分布式能源管理系统，将其划分为数据现场采集系统、网络通信和能源管理系统三部分，介绍其对生产工艺设备、用能设备的能量数据进行采集、监控、计量、统计、分析等机制，论述其方案的设计与实现。1.1 需求分析1.1.1 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%
13、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，
14、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。1.1.2 能源管理的现状和需求 当前企业采用数据管理的模式，基本上是现场安装数据采集仪器、仪表，人工定时采集数据，填报能量消耗报表，然后逐级汇总，统计后上报到企业的能源管理部门、财务部门和上级主管部门。这
15、种方法的缺点非常明显 ：效率低下、不具有实时性。企业的能量计量仪本科毕业生论文2器、仪表种类繁多、通信协议各异、分布范围广，进行自动数据采集、系统布置时要仔细加以考虑。各企业的自动化水平不一，有的企业从国外引进的生产线自动化水平很高，有的还停留在二十世纪七八十年代的水平；企业的办公自动化水平也千差万别，有的企业基本可以实现无纸办公，有的还处在繁杂的手工劳动中。这些复杂的局面提高了能源管理系统的布置难度。随着信息技术、网络技术、计算机控制技术的不断发展，对传统的能源管理的方式进行自动化改造变得完全有必要和可能。国外的一些 DCS 系统已经将能源管理系统纳入其中，作为整个 DCS 系统的一个子系统
16、。国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）和国务院公布的九大行业近期淘汰落后产能目标的文件，明确指出企业提高管理水平的必要性，这也给企业能源管理系统的实施带来了机遇。1.2 国内外能源系统管理的现状1.2.1 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。过去
17、 30 年来，北美、中南美洲、欧洲、中东、非洲及亚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
18、国家高度重视节能与提高能源使用效率。3世界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。1.2.2 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，
19、但分布很不均匀，煤炭资源 60%以上在华北，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。本科毕业生论文32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
20、是降尘量大；污染冬天比夏天严重；我国南方烧的高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。1.3 本课题的研究思路本课题研究的大致思路如下：1研究国内外能源信息的管理及其企业信息化方面的现状，并确定的能源
21、信息管理的实际需求。2根据理论情况进行本系统开发的可行性分析以及分析本系统的功能和结构的。3系统设计部分，进行本系统研发平台的设计，并设计出能源信息管理及决策方面的实际模型。4借鉴了数据仓库的概念来帮助本系统实现异构平台的数据采集，并建立一个良好适用的数据库设计。5实际的开发阶段，利用组态王这一软件，完成系统由想法到产品的过程。本科毕业生论文4第 2 章 系统分析系统分析是系统开发的关键阶段。本部分将结合课题的研究内容，对能源信息管理系统建设的可行性进行分析，并做出对新系统的结构和功能上的分析。2.1 必要性和可行性研究2.1.1 必要性由于世界信息化的冲击，为了同国际接轨必须要加快改革的步伐
22、、引进国外先进的管理技术、采用现代化的管理手段。而目前由于能源信息的复杂性，在能源信息的管理方面还比较落后。虽然各公司都有自己的生产管理系统，但却没有统一的能源信息管理方面的系统。如果想要知道全公司的能源消耗产出等信息，就必须要技术处能源管理科的人员来进行人工的统计，时效性和准确性都达不到较高的层次，而且不便于总公司对能源信息进行进一步的分析和管理。2.1.2 可行性在新系统开发之前，有必要对系统开发的可行性进行初步分析，以避免盲目投资，减少不必要的损失。1计算机硬件目前计算机硬件技术发展可以说是日新月异，计算机的性能已几倍、几百倍的提高，PC 机的功能已经越来越强，价格却也大幅度地下降。扬子
23、石化公司已经配备了大量的 PC 机，几乎每个科室都至少有一台，因此不必再投入大量的资金用于电脑硬件的配备了。2计算机网络现在的网络技术已发展到非常成熟时期了。网络的大小规模可以千差万别。各公司内部已经建成了，如主干 622Mbps、分支 155Mbps 的光纤主干网络系统；并辅以 2Mbps 的无线网络。各二级单位的局域网与之相连。对外开通 256K DDN 专线的因特网，并具有一个 C 类 IP 地址资源。实现了公司内部计算机的对内、对外连接。3计算机软件随着计算机硬件技术的飞跃发展，计算机软件也做的更加完善。软件的不断更新能为系统开发提供了高性能、方便的开发平台，使开发速度几倍、几十倍的提
24、高，开发的质量也明显提高，面更加美观友好、交互能力强。4各公司在能源管理方面原来有一定的基础。原始数据真实，帐、卡各种报表齐全，各管理科室信息流向明确，为能源信息管理系统提供了软环境的可能。并且各个分都有信息室和专门的信息处理人员，为技术处能源管理科实现数据采集和数据共享奠定了基础。本系统运行后，可对各公司能源进行统一的管理，便于合理控制消耗、回收能源、具有可观的经济效益。本科毕业生论文52.2 系统框架和系统功能分析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的、易于管理的系统，既利于系统的设计开发，又利于用
25、户能够尽早地看到结果，及时提出意见等等。2.2.1 系统框架设计系统架构：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。图 2.1 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 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。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。
