Расчет расхода энергоресурсов для малых предприятий

Расчет расхода энергоресурсов для малых предприятий

Дипломная работа

по дисциплине

«Программирование и алгоритмические языки»

на тему

«Расчет расхода энергоресурсов для малых предприятий»

ВВЕДЕНИЕ

В составе себестоимости продукции, выпускаемой малыми предприятиями, затраты на энергоносители имеют существенное значение и устойчивую тенденцию к повышению за счет постоянного роста тарифов и цен на энергоносители. Энергосберегающие мероприятия позволяют снизить эти затраты и тем самым адекватно оказывать положительное влияние на технико-экономические показатели работы предприятий: увеличение прибыльности и повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Работа по энергосбережению на предприятиях ведется по нескольким направлениям:

–  повышение эффективности производственного процесса;

–       экономия энергетических ресурсов, связанных с содержанием зданий и обеспечением производства.

Под эффективностью производственного процесса понимается следующее:

–  использование высокопроизводительного оборудования, которое по своим техническим характеристикам и возможностям позволяет изготавливать необходимую номенклатуру изделий, удовлетворяющих требованиям заказчика;

–       максимальное уплотнение рабочего времени, в том числе за счет использования ночных смен и выходных дней.

Для реализации поставленных задач на предприятиях установлено самое современное оборудование как отечественного, так и зарубежного производства, отличительной особенностью которого является высокая производительность, возможность быстрого переналаживания производства под новые заказы, что позволяет своевременно реагировать на требования рынка.

Небольшие размеры компаний помогают быть в целом более эффективной и гибкой.

Во многих случаях организации приходится ориентироваться на изготовление продукции малыми сериями достаточно широкой номенклатуры, за изготовление которой не берутся крупные предприятия. Это является одним из конкурентных преимуществ. В связи с этим очень важно спланировать производство с минимальными издержками, в том числе и с затратами на электроэнергию. Как правило, номенклатура изготавливаемых изделий бывает известна на месяц вперед, что дает возможность оптимизировать работу оборудования таким образом, чтобы наиболее энергоемкие изделия изготавливались совместно с менее энергоемкими или в ночную смену и в выходные дни. Это в свою очередь минимизирует оплату электрической мощности в часы максимума энергосистемы.

Контроль потребления электроэнергии осуществляется электросчетчиками, позволяющими определять потребление электроэнергии по каждому технологическому процессу. Затраты на электроэнергию анализируются, что дает возможность внести коррективы в дальнейшую организацию работы.

На содержание зданий и обеспечение производственного процесса затрачивается до 30% закупаемых энергетических ресурсов и воды. Эти затраты складываются из затрат на отопление зданий, освещение, хозяйственно-питьевое водоснабжение и другие.

С целью оптимизации затрат и установления контроля за энергоснабжением в данной дипломной работе будет разработана программа «Energy Management» - инструмент для подсчета расхода электроэнергии в хозяйстве. При помощи этой программы можно будет рассчитать текущие затраты электроэнергии и возможное снижение за счет экономии и использования современных технологий. Energy Management будет полезен тем, кто хочет снизить расходы на электричество. Для тех малых предприятий, которые собираются установить автономную систему электроснабжения, такая программа совершенно необходима для оптимизации энергопотребления. Это важно, поскольку, чем меньше потребление электроэнергии, тем меньше нагрузка на компоненты энергосистемы и тем дольше они служат. Также меньший расход энергии позволяет установку системы меньшей мощности и на этом очень сильно сэкономить.

Таким образом, целенаправленная работа по энергосбережению улучшает экономические показатели производственной деятельности малых и средних предприятий. Этот опыт может быть использован на ряде других предприятий, расположенных как в Краматорске, так и в других регионах Донбасса.

1. Энергоресурсы и методы их расчета

.1 Общее понятие, виды энергоресурсов и методы их измерения

Электрическая энергия (электричество) определяется как совокупность явлений, в которых проявляется существование, движение и взаимодействие (посредством электромагнитного поля) заряженных частиц. Электрическая энергия имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими видами производной энергии - возможность получения практически любых количеств энергии как от элемента размером со спичечную головку, так и от турбогенераторов мощностью более 1000 МВт, сравнительная простота ее передачи на расстояние и легкость преобразования в энергию других видов. Основная проблема - это ее хранение. Здесь возможности очень ограничены.

В настоящее время трудно представить себе жизнь без электроэнергии. Так, в США на долю электроэнергии приходится около 45% используемой энергии. Электроэнергия находит применение и в электромобилях, и в производстве водородного топлива, в том числе и из воды.

Общие запасы энергии, на которые может рассчитывать человечество, оцениваются ресурсами, которые можно разделить на две большие группы: невозобновляющиеся и возобновляющиеся.

К первой группе следует отнести запасы органического топлива, ядерной энергии деления. К этой группе некоторые специалисты относят также и геотермальную энергию.

Возобновляющаяся энергия:

–       падающая на поверхность Земли солнечная энергия;

–       геофизическая энергия (ветра, рек, морских приливов и отливов);

–       энергия биомассы (древесина, отходы растениеводства, отходы животноводства, хозфекальные стоки).

Запасы энергоресурсов на Земле огромны. Но использование их не всегда возможно или связано с большими затратами на разработку, транспортировку этих ресурсов, охрану труда и окружающей среды.

Из разведанных и легко добываемых запасов органических топлив на Земле можно привести следующие объемы на данный период, млрд. т у.т. (см. табл. 1.1):

Таблица 1.1 - Запасы органических топлив на Земле на данный период, млрд. т у.т.

Таким образом, легкодобываемые запасы энергоресурсов никак нельзя назвать значительными, скорее ограниченными. Следует отметить, что распределение запасов органических топлив на земле очень неравномерно.

Более 80 % всех этих запасов сосредоточены на территории Северной Америки, бывшего СССР и развивающихся стран. Это уже является основанием для возникновения всякого рода чрезвычайных ситуаций и кризисов. Предполагалось, что ХХI век будет веком ядерной энергетики. Но, как отмечалось, Чернобыльский синдром привел к существенным ограничениям дальнейшего развития атомной энергетики.

В настоящее время мировое потребление невозобновляемых энергоресурсов в год составляет, по разным данным, 12 - 15 млрд. т у.т. Из них более 50% составляют нефть и газ.

Из возобновляемых источников энергии наибольшее развитие получила гидроэнергетика, до 9% от общей выработки электроэнергии. Пока возможный технически гидроэнергетический потенциал используется в мировой практике примерно на 10% из общего мирового потенциала 7 млрд. т у.т./год. Но строительство ГЭС - это затратное дело, особенно ГЭС большой мощности. Окупаемость затрат здесь несколько десятков лет. При этом 80% всего гидроэнергетического потенциала сосредоточено в Латинской Америке, Африке, Азии, бывшем СССР. Все эти страны с весьма ограниченным или неопределенным инвестиционным потенциалом.

Общий вклад в современное энергопроизводство таких источников энергии, как солнечная, ветровая, приливная, очень мал и не превышает 0,1%. Оценки, выполненные в Японии, свидетельствуют, что максимальный вклад этих источников при современных методах использования предельно может достичь 3% от современного уровня энергообеспечения (для Японии). Следует учесть, что не каждая страна может себе позволить необходимые инвестиции в освоение этих видов энергоресурсов.

Достаточно перспективно использование энергии биомассы, в первую очередь дров. По разным оценкам, в год на Земле в энергетических целях сжигается дров до 1,5 млрд. т у.т., а общий энергетический потенциал биомассы оценивается в 5,5 млрд. т у.т./год. В ряде стран (Китай, США, Индия) для освоения энергии биомассы широко используются биогазовые установки для получения искусственного горючего газа. Подобные установки имеются и в нашей стране, производят также высокоэффективные удобрения. Считается, что в российском животноводстве и птицеводстве в год образуется около 150 млн. т органических отходов. В случае их переработки в биогазовых установках можно ежегодно получать дополнительно 95 млн. т у.т., что эквивалентно 190 млрд. кВт·ч электроэнергии. Этой          энергии достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией весь агрокомплекс Украины. Плюс к тому - полученные в биореакторах более 100 млн. т высокоэффективных удобрений (без следов нитритов и нитратов, болезнетворной микрофлоры и даже семян сорняков).

Однако темпы освоения возобновляемых источников энергии в нашей стране чрезвычайно низки.

Украина располагает запасами всех видов органических топлив, ядерного топлива, а также огромным гидроэнергетическим потенциалом. При достаточно оптимистическом прогнозе технически возможный энергетический потенциал Украины в первичном топливе можно оценить в таких объемах, указанных в табл. 1.2, 1.3.

Приведем здесь примерные темпы потребления первичных энергоресурсов в Украине в конце ХХ столетия и начале ХХI столетия, млн. т у.т.

Таблица 1.2 - Примерные темпы потребления первичных энергоресурсов в Украине

Таблица 1.3 - Энергетический потенциал Украины

Примерная структура потребления энергоресурсов, млн. т у.т./год (%) приведены на рис. 1.1-1.2

Рисунок 1.1 - Диаграмма потребления энергоресурсов, млн. т у.т./год.

Рисунок 1.2 - Структура потребления энергоресурсов, %.

Если рассматривать вопрос, на какое время хватит энергоресурсов в Украине, как арифметическую задачу, то можно условно говорить, что еще 800-1000 лет такой проблемы практически не существует. Хотя возникает много других - обеспечение техники безопасности при добыче твердого топлива, охрана окружающей среды и т.д. Но если говорить о сроках возможного запаса самых легкодоступных и удобных энергоресурсов (газ, нефть), то на сегодняшний день можно говорить о 60 - 70 годах. Несомненно, жизнь введет свои поправки, но пока возможные запасы оцениваются сроками, которые по своей продолжительности можно оценить периодом жизни одного, двух поколений. И в этих условиях уже возникает очевидная проблема увеличения и сохранения запасов легкодоступных энергоресурсов. Человечество здесь идет несколькими направлениями:

–  всемерная экономия и рациональное использование топлива и энергии,

–       освоение возобновляемых источников энергии,

–       разведка и освоение новых месторождений,

–       создание стратегических запасов легкодоступных энергоресурсов и др.

Все эти направления сохраняют свою актуальность и для Украине. Кроме того, в нашей стране есть и свои собственные проблемы:

–  чрезмерно высокая экспортная составляющая в объеме производимых энергоресурсов - более 400 млн. т у.т./год, т. е. более 30% от всего объема производства. Это свидетельствует о том, что в нашей стране существует проблема сохранения природных запасов энергоресурсов, защиты интересов будущих поколений;

–       в структуре промышленного производства нашей страны преобладают энергоемкие сырьевые отрасли (горнодобывающая, энергетическая, металлургическая и т.п.). Мировой опыт показывает, что путь энергетического и сырьевого доминирования в экономике разорителен и в долгосрочной перспективе неприемлем.

Необходима более глубокая и комплексная переработка природных ресурсов, развитие машиностроительного и других комплексов, производящих товарную продукцию, имеющих платежеспособный спрос не только в нашей стране, но и за рубежом.

На рис. 1.3 показано соотношение удельного валового внутреннего продукта (ВВП) и удельной энергоемкости в различных странах. Наша страна, имея достаточно высокий уровень душевого энергопотребления (на уровне стран с высоким достатком), по показателю удельного ВВП находится в числе стран с минимально достаточным уровнем жизни. Ввиду этого для Украине принципиально важен перелом в тенденциях развития - переход от вектора энергетической доминанты (вдоль горизонтальной оси, рис. 1.3) к вектору энергоэффективности (вдоль вертикальной оси).

Рисунок 1.3 - Соотношение удельного ВВП и удельной энергоемкости различных стран

Переход к такому вектору развития вряд ли возможен без освоения возобновляемых источников энергии. Наша страна имеет возможность уже в самом ближайшем будущем осваивать вплоть до 0,7 - 0,8 млрд. т у.т. в год только за счет гидроэнергии, отходов. А эти объемы соразмерны с объемами потребления энергоресурсов в Украине в настоящее время, причем в стране разработаны эффективные технологии, возможен выпуск оборудования в требуемом объеме. Необходимо создание и реализация на государственном уровне комплекса административно-законодательных мер, направленных не только на повышение эффективности использования топлива и энергии в различных сферах экономики, но и на целевое массовое развитие технологий и оборудования, использующих возобновляемые источники энергии. Без создания альтернативной, многоукладной энергетики невозможно обеспечение необходимой надежности и экономичности бытовой и промышленной сфер, а также создание условий, обеспечивающих сохранение стратегического запаса легкодоступных природных энергоресурсов для будущих поколений.

Требования к экономии и рациональному использованию тепловой энергии, расходу жидкого и газообразного топлива сегодня в Украине возведены в ранг государственной политики.

В этой связи одной из важнейших в области энергосбережения стала проблема создания надежных, с требуемой точностью, средств измерений.

Актуальной остается проблема создания приборов, достаточно простых в эксплуатации и по ценам, доступным основной массе российских потребителей. Сегодня украинский рынок средств измерений наполнен большим количеством измерительных приборов, выпускаемых как зарубежными    фирмами, так и отечественными предприятиями, но, к сожалению, имеющих в отдельных случаях сомнительные показатели качества, которые требуют проверки.

Для защиты прав потребителей от некачественной продукции в Украине введена обязательная сертификация. Разрешительными органами проводятся испытания каждого типа приборов независимо от места выпуска и предназначения. В случае положительных результатов испытаний выдается сертификат утверждения типа средства измерения, который является документом, разрешающим применение данного средства измерения в Украине. Его назначение, основные технические и эксплуатационные характеристики приведены в обязательном приложении к сертификату.

Каждым потребителем (это может быть предприятие или объект коммунального хозяйства, это может быть квартиросъемщик или хозяин дома и т.д.) сегодня ставятся вопросы: нужен ли прибор, который бы учитывал расход энергоресурсов, какие средства измерения выпускаются, каковы их технические характеристики, надежность, во что обойдется установка прибора, эксплуатация, имеется ли сервисное обслуживание и кто его осуществляет, даст ли установка приборов экономическую выгоду?

Следует также отметить, что в последнее время наблюдается рост расхода энергоресурсов, вызванный приростом объемов валового внутреннего продукта.

При использовании какого-либо метода измерения расхода среды необходимо связать скорость среды с определенными физическими характеристиками среды, которые имеют однозначную зависимость от ее скорости и которые могут быть измерены приборами. Широко применяемыми для измерения расхода различных сред являются следующие методы:

–    переменного перепада давления среды на сужающем устройстве;

–       вихревой;

–       гидродинамический;

–       тахометрический;

–       силовой.

В числе методов, пригодных для измерения расхода главным образом жидкостей, используются:

–    ультразвуковой;

–       электромагнитный.

В предлагается перечень методов измерений основных показателей энергоэффективности изделий. Следует учитывать, что подтверждение показателей энергетической эффективности проводят на различных стадиях жизненного цикла продукции. Оно включает в себя в общем случае операции по определению потребления (потерь) энергии при разработке и изготовлении изделий; по контролю экономичности энергопотребления изготовляемых, изготовленных, модернизированных и отремонтированных изделий; оценке экономичности энергопотребления изделий при эксплуатации; проверке соответствия показателей энергетической эффективности нормативным требованиям независимыми организациями, в том числе при сертификации.

Объектами подтверждения показателей энергетической эффективности являются все изделия, при использовании которых по назначению применяется топливо или различного вида энергия [6].

1.2 Системы и программы учета потребления энергоресурсов

Современные технологии получения, сбора и обработки информации позволяют реализовать учет энергоресурсов практически в режиме реального времени [5]. Измерительные системы, обеспечивающие сбор, обработку, хранение и передачу информации о потреблении или производстве энергоресурсов, получили название АСКУЭ - автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов [7, 8]. Под измерительной системой (ИС) [8] понимается совокупность определенным образом соединенных между собой средств измерений и других технических устройств (компонентов измерительной системы), образующих измерительные каналы. ИС реализует процесс измерений и обеспечивает автоматическое (автоматизированное) получение результатов измерений (выражаемых с помощью чисел или соответствующих им кодов), изменяющихся во времени и распределенных в пространстве физических величин, характеризующих определенные свойства (состояние) объекта измерений. Следует иметь в виду, что ИС обладают основными признаками средств измерений и являются их специфической разновидностью.

Измерительный канал ИС рассматривается как последовательное соединение каналов компонентов или (и) измерительных каналов комплексных компонентов, выполняющих законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерения, выражаемого числом или соответствующим ему кодом. Измерительные каналы системы могут быть простыми и сложными. В простом канале реализуется выполнение прямых измерений. Сложный канал представляет собой совокупность простых измерительных каналов, реализующих косвенные, совокупные или совместные измерения. Измерительные каналы могут входить в состав как автономных измерительных систем, так и более сложных систем: контроля, диагностики, распознавания образов, других информационно-измерительных систем, а также автоматических систем управления технологическими процессами. В таких сложных системах целесообразно объединять измерительные каналы в отдельную измерительную подсистему с четко выраженными границами как со стороны входа (мест подсоединений к объекту измерений), так и со стороны выхода (мест получения результатов измерений).

Как следует из определения, компонентами измерительной системы являются технические устройства, входящие в ее состав и реализующие одну из функций процесса измерений: измерительную, вычислительную или связующую. Таким образом, измерительным компонентом ИС являются средства измерения: измерительный прибор, измерительный преобразователь, измерительный коммутатор. К измерительным компонентам относятся также аналоговые «вычислительные» устройства, в которых происходит преобразование одних физических величин в другие.

Связующими компонентами измерительной системы являются технические устройства либо часть окружающей среды, предназначенные или используемые для передачи с минимально возможными искажениями сигналов, несущих информацию об измеряемой величине от одного компонента измерительной системы к другому. Вычислительными компонентами измерительной системы является цифровое измерительное устройство (или его часть) совместно с программным обеспечением, выполняющие функцию обработки (вычисления) результатов наблюдений (или прямых измерений) для получения результатов прямых (или косвенных, совместных, совокупных) измерений, выражаемых числом или соответствующим ему кодом. Конструктивно объединенная или территориально локализованная совокупность компонентов, представляющая собой часть измерительной системы и выполняющая несколько из общего числа измерительных преобразований, предусматриваемых процессом измерений, образует измерительный комплекс. К разряду измерительных комплексов относятся информационно-измерительные системы.

Под информационно-измерительной системой понимают совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю в требуемом виде или автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации. Разновидностью ИИС являются информационно-вычислительные комплексы (ИВК), отличительная особенность которых - наличие в их составе свободно программируемой ЭВМ. Структура ИИС зависит от принятого в системе способа управления: централизованного или децентрализованного. В децентрализованных ИИС все сигналы измерительной информации передаются по индивидуальным для каждого из технических средств каналам.

Рисунок 1.4 - Обобщенная схема ИИС

Среди структур систем с централизованным управлением можно выделить радиальные, магистральные, радиально-цепочечные, радиально-магистральные. Обобщенная схема ИИС приведена на рис. 1.4.

Информация, поступающая от объекта исследований в измерительный преобразователь (ИП), преобразуется в электрический сигнал и передается в структуру ИИС, осуществляющую измерение и преобразование информации (СИПИ). В структуре СИПИ измерительная информация подвергается следующим операциям: фильтрации, масштабированию, линеаризации, аналого-цифровому преобразованию. Затем сигналы измерительной информации в цифровой (дискретной) форме поступают в структуру обработки и хранения информации (СОХИ) или в структуру отображения информации (СОИ). Устройство управления (УУ) осуществляет функции управления; устройство вывода (УВ) осуществляет вывод управляющих сигналов на исполнительные устройства (ИУ), воздействующие на объект исследования. Средства измерений и структуры, входящие в состав ИИС, должны обладать совместимостью по ряду параметров.

Энергетическая совместимость предполагает использование какого-либо одного носителя сигналов измерительной информации (электрический, пневматический, гидравлический).

Функциональная совместимость требует, чтобы функции, выполняемые средствами измерений, образующими ИИС, были четко определены, разграничены и взаимоувязаны.

Метрологическая совместимость обеспечивает сопоставимость метрологических характеристик и их стабильность во времени.

Конструктивная совместимость отражает согласование конструктивных параметров, механическое сопряжение средств измерений.

Эксплуатационная совместимость определяется согласованностью характеристик внешних влияющих величин, а также характеристик надежности и стабильности.

Информационная совместимость обеспечивает согласованность входных и выходных сигналов по виду, диапазону измерения, порядку обмена сигналами.

Структурно АСКУЭ состоят, как правило, из трех подсистем (рис. 1.5):

–       подсистемы сбора первичной информации - нижний уровень АСКУЭ;

–       подсистемы первичной обработки и хранения информации - средний уровень АСКУЭ;

–       подсистемы переработки, отображения, хранения и информационного обмена - верхний уровень АСКУЭ.

Рис. 1.5 - Структурная схема АСКУЭ

Конструктивно подсистема сбора первичной информации АСКУЭ включает в себя первичные преобразователи, измеряющие параметры сред: расход, давление, температуру и др. Подсистема среднего уровня реализована в виде контроллеров. Подсистема верхнего уровня представляет собой специализированный вычислительный комплекс с соответствующим программным обеспечением. Обмен информацией между подсистемами нижнего и среднего уровней осуществляется по измерительным каналам.

Обмен информацией между подсистемами среднего и верхнего уровней осуществляется по каналам связи. В качестве каналов связи могут быть реализованы проводные линии связи, выделенные или коммутируемые телефонные каналы, радиоканалы связи. Для передачи по этим каналам используются, как правило, стандартные интерфейсы: RS-232, RS-485, ИРПС и др. Теплосчетчики также относятся к разряду измерительных систем. Теплосчетчик рассматривается как измерительная система, предназначенная для измерения количества теплоты.

В качестве примера возможностей автоматизированных систем управления энергоресурсами приведем краткое описание АСКУЭ, разработанной научно-производственной фирмой «ПРОСОФТ-Е» (инженерная компания «ПРОСОФТ-СИСТЕМС») на базе программно-технического комплекса «ЭКОМ». ПТК «ЭКОМ» внесен в Госреестр средств измерений под № 19542-00.

ПТК «ЭКОМ» обеспечивает:

–    коммерческий учет электрической энергии и мощности на оптовом рынке;

–       коммерческий учет отпуска (потребления) электрической, тепловой энергии и расхода энергоносителей (воды, пара, природного газа, кислорода, сжатого воздуха и др.);

–       расчет оплаты за потребляемую энергию по многотарифной системе и формирование отчетных документов;

–       телеметрический контроль режимов работы электрических, тепловых и газовых сетей, оборудования;

–       автоматическое и дистанционное управление промышленным и энергетическим оборудованием;

–       данные для расчета удельных энергозатрат на единицу продукции.

Возможности:

–    Работа со всеми типами преобразователей.

–       IBM PC - совместимая модульная архитектура.

–       Интеграция разнородных систем учета.

–       Полная интеграция в АСУТП предприятия.

–       Высокая точность измерений.

–       Простота модернизации и наращивания.

–       MS SQL 7.0 (сервер). Протоколы: Ethernet, ТСРЛР.

–       Привычная среда Windows.

–       Гарантийный срок 4 года. Срок службы 20 лет.

Основные технические характеристики программно-технического комплекса «ЭКОМ»:

–    Количество коммуникационных портов: от 2 до 14

–       Количество каналов ввода/вывода:

а) стандартная комплектация/ Bopla: от 8 до 56

б) стандартная комплектация/ Schroff: от 8 до 168

в) заказная комплектация: более 200

–    Предел относительной погрешности преобразования:

а) число импульсных сигналов: 0,05%

–    Предел приведенной погрешности измерения:

а) аналоговых сигналов: 0,1%

–    Относительная погрешность расчета энергоносителя: 25%

–       Рабочий диапазон температур: от - 40°С до + 50°С

–       Межпроверочный интервал: 4 года

–       Емкость энергонезависимых архивов: не менее 8 Мб

–       Сохранение информации при отключении питания: 10 лет

–       Предел абсолютной погрешности отсчета текущего астроном. времени (за 1 сут.): 5 с

–       Наработка на отказ: (не менее) 55000 ч.

На базе ПТК «ЭКОМ» реализуются сертифицированные системы коммерческого учета электроэнергии и мощности, позволяющие выйти на оптовый рынок, а также системы, осуществляющие управление всеми видами энергоресурсов предприятия, - от компактных систем учета параметров производства и потребления тепловой и электрической энергии котельной до распределенных систем крупных производств, холдингов и ассоциаций.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

.1 Выбор среды разработки для реализации программной системы

Интегрированная среда разработки, ИСР (англ. <#"784973.files/image006.gif">

Рисунок 2.2 - Вид IDE Lazarus в Windows

Среда Lazarus состоит из нескольких не связанных окон.

. Главное окно, рис. 2.3.

Рисунок 2.3 - Главное окно IDE Lazarus

С помощью этого окна можно управлять процессом разработки приложения. В нем предусмотрены команды управления файлами, компиляцией, редактированием, окнами и т.д. Окно разбито на три функциональных блока:

Главное меню. В нем расположены команды управления файлами, команды управления компиляцией и свойствами всего приложения, команды управления окнами и настройками среды и многое другое. Меню располагается в верхней части основного окна.

Рисунок 2.4 - Главное меню

Панель инструментов. Панель инструментов предоставляет быстрый доступ к основным командам главного меню. Она расположена в левой части главного окна, под главным меню.

Рисунок 2.5 - Панель инструментов

Палитра компонентов. Предоставляет доступ к основным компонентам среды разработки, например: поле ввода, надпись, меню, кнопка и т.п.

Рисунок 2.6 - Палитра компонентов

. Инспектор объектов, рис. 2.7.

В верхней части окна показывается иерархия объектов, а снизу, расположены три вкладки: "Свойства", "События", "Избранное". Назначение инспектора объекта - это просмотр всех свойств и методов объектов. На вкладке "Свойства" перечисляются все свойства выбранного объекта. На вкладке "События" перечисляются все события для объекта. На вкладке "Избранное" избранные свойства и методы.

Рисунок 2.7.- Инспектор объектов

. Редактор исходного кода Lazarus, рис. 2.8.

Рисунок 2.8 - Редактор исходного кода

Именно в этом окне я буду набирать текст своей программы. Многие функции и возможности этого редактора совпадают с возможностями обычных текстовых редакторов, например Блокнота. Текст в редакторе можно выделять, копировать, вырезать, вставлять. Кроме того, в редакторе можно осуществлять поиск заданного фрагмента текста, выполнять вставку и замену. Но, конечно, этот редактор исходных текстов Lazarus обладает еще рядом дополнительных возможностей для комфортной работы применительно к разработке программ.

Основное преимущество редактора заключается в том, что он обладает возможностями подсветки синтаксиса, причем не только Pascal, но и других языков, а также рядом других удобств. В частности, выделенный фрагмент текста можно сдвигать вправо или влево на количество позиций, указанных в настройках Окружение → Параметры → Редактор → Общие → Отступ блока, что очень удобно для форматирования с целью структурирования кода. Выделенный фрагмент можно закомментировать или раскомментировать, перевести в верхний или нижний регистр и т.д.

Все возможные операции в редакторе собраны в меню Правка и Поиск главного меню Lazarus, рис. 2.9, 2.10.

Рисунок 2.9 - Меню "Правка"

Рисунок 2.10 - Меню "Поиск"

4. Окно сообщений

В этом окне выводятся сообщения компилятора, компоновщика и отладчика.

На этом я закончу краткий обзор среды Lazarus.

lazarus энергоресурс система учет

3. СИСТЕМА ДЛЯ РАСЧЕТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

3.1 Описание разработанной системы

Вид приложения в начале разработки, рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Приложение в начале разработки

Пошаговая сборка интерфейса приложения:

1. Отредактируем форму приложения, установив свойства (рис. 3.2):

–  BorderIcons: []

–       BorderStyle: bsSingle

–       Caption: Energy Management v1.0

–       Color: clMoneyGreen

–       Height: 435

–       Icon: загружаемое изображение

–       Left: 280

–       Position: poScreenCenter

–       Top: 121

–       Width: 461

Рисунок 3.2 - Результат выполнения 1-го пункта

2.   Поместим на форму объект Image1: TImage, установив свойства (рис. 3.3):

–    Align: alClient

–       AutoSize: True

–       Center: True

–       Picture: Загружаемое изображение

Рисунок 3.3 - Результат выполнения 2-го пункта

3.   Поместим на форму объект Button1: TButton, установив свойства:

–    AutoSize: True

–       Caption: 1

–       Left: 32

–       Top: 0

–       Visible: False

4.   Сделаем копии объекта Button1, установив свойства:

Button2:

–    Caption: 2

–       Left: 72

–       Top: 0

Button3:

–    Caption: Добавить строку

–       Font → Size: 10

–       Font → Style: [fsBold,fsItalic]

–       Left: 8

–       Top: 304

Button4:

–    Caption: Удалить строку

–       Font → Size: 10

–       Font → Style: [fsBold,fsItalic]

–       Left: 152

–       Top: 304

Button5:

–    Caption: Расчет

–       Font → Size: 10

–       Font → Style: [fsBold,fsItalic]

–       Left: 374

–       Top: 304

5.   Поместим на форму объект LabeledEdit1: TLabeledEdit, установив свойства:

–    EditLabeled → Caption: Цена за кВт-час ?

–       EditLabeled → Font → Size: 10

–       EditLabeled → Font → Style: [fsBold,fsItalic]

–       Font → Size: 10

–       LabelPosition: lpLeft

–       Left: 369

–       Text:

–       Top: 8

–       Visible: False

6.   Сделаем копии объекта LabeledEdit1, установив им свойства.

LabeledEdit2:

–    EditLabeled → Caption: Количество дней ?

–       Left: 369

–       Top: 32

LabeledEdit3:

–    EditLabeled → Caption: Текущий результат !

–       Left: 369

–       ReadOnly: True

–       Top: 352

LabeledEdit4:

–    EditLabeled → Caption: Предыдущий результат !

–       Left: 369

–       ReadOnly: True

–       Top: 376

7.   Поместим на форму объект StringGrid1: TStringGrid, установив свойства:

–    AutoFillColumn: True

–       Height: 240

–       Left: 9

–       Option → goEditing: True

–       Font → Style: [fsBold,fsItalic]

–       RowCount: 2

–       Top: 64

–       Visible: False

–       Width: 440

.        Кликом правой кнопкой мыши по объекту StringGrid1 выбираем пункт “редактировать StringGrid1” и заполняем фиксированные ячейки (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 - Результат выполнения 8-го пункта

9.   Поместим на форме объект Memo1: TMemo, установив свойства:

–    Height: 59

–       Left: 16

–       Lines:

–       Top: 344

–       Visible: False

.        Поместим на форме объект MainMenu1: TMainMenu, установив Items (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 - Результат выполнения 10-го пункта

11. Установим свойства для созданных Items.

MenuItem1:

–       Bitmap: Загружаемое изображение

MenuItem2:

–    Caption: Сохранить

–       Bitmap: Загружаемое изображение

MenuItem3:

–    Caption: О программе

–       Bitmap: Загружаемое изображение

MenuItem4:

–    Caption: Выход

–       Bitmap: Загружаемое изображение

–       RightJustify: True

Интерфейс приложения создан (рис. 3.6)

Рисунок 3.6 - Интерфейс в конце разработки

12. Опишем события, которые будут использоваться в прграмме.

Button1.Click (кнопка “1”):

–    Очищает содержимое объекта StringGrid1

–       Делает объект Image1 - невидимым

–       Делает видимыми следующие объекты:

а) Button[3-5]

б) StringGrid1,

в) LabeledEdit[1-4]

MenuItem1.Click (кнопка “Создать”):

–    Загружает файл, который содержит результат предыдущих вычислений

–       Вызывает метод Button1.Click

Button3.Click (кнопка “Добавить строку”):

–    Добавляет строку в объект StringGrid1

Button4.Click (кнопка “Удалить строку”):

–    Удаляет строку из объекта StringGrid1.

–       Кнопка не действует, если объект StringGrid1 содержит две строки

Button5.Click (кнопка “Расчет”):

–    Проверка данных, которые содержатся в объектах:

а) LabeledEdit[1-2].Text

б) StringGrid1.Cells

–    Выход из метода, если существуют незаполненные ячейки

–       Расчет расходов

–       Сравнение с предыдущим результатом

Button2.Click (кнопка “2”):

–    Очистка содержимого в объектах LabeledEdit[1-4].Text

–       Возврат объекта StringGrid1 к исходному состоянию

–       Делает объект Image1 - видимым

–       Делает невидимыми следующие объекты:

а) Button[3-5]

б) StringGrid1,

в) LabeledEdit[1-4].Click (кнопка “Сохранить”):

–    Сохраняет в файл текущий результат вычислений

–       Заполнение данными Memo1.Lines

–       Сохранение содержимого Memo1.Lines в файл

MenuItem3.Click (кнопка “О программе”):

–    Вывод сообщения с кратким описанием программы

MenuItem4.Click (кнопка “Выход”):

–    Закрывает приложение

Система для расчета энергоресурсов - разработана. В следующем подразделе проведем тестирование разработанной программы.

3.2 Тестирование разработанной системы для расчета потребления энергоресурсов на малых предприятиях

Исходные данные для расчета:

.        Тариф за кВт-час: 0,9 грн.

.        Количество дней: 20

.        Данные по устройствам (табл. 3.1)

Таблица 3.1 - Исходные данные по устройствам

Формула для расчета:

                                                            (3.1)

Где Z - потребление энергоресурсов;

k - тариф;

T - период (количество дней);

N[i] - Количество i-го устройства;

P[i] - Мощность i-го устройства;

T[i] - период работы за день (часов в день) i-го устройства.

Сравним расчет программы с расчетом из Microsoft Excel.

Расчет, выполненный в разработанной программе (рис. 3.7):

Рисунок 3.7 - Расчет программы по исходным данным

Расчет, выполненный в Microsoft Excel (рис. 3.8):

Рисунок 3.8 - Расчет Microsoft Excel по исходным данным

Как мы видим, расчет, производимый по исходным данным - верный.

Проведем тестирование по другим аспектам программы:

1.     Кнопка “Сохранить”

–      Внешний вид приложения (рис. 3.9)

Рисунок 3.9 - Внешний вид приложения после нажатия кнопки “Сохранить”

–       Содержимое файла pastFew.txt: (рис. 3.10)

Рисунок 3.10 - Файл pastFew.txt, содержащий потребление энергоресурсов для последних вычислений

–       Содержимое файла fullForm.txt: (рис. 3.11)

Рисунок 3.11 - Файл fullForm.txt, содержащий входной и выходной поток данных из последних вычислений

.        Кнопка “О программе” (рис. 3.12)

Рисунок 3.12 - Результат нажатия кнопки “О программе”

3.      Кнопка “Создать” (рис. 3.13)

Рисунок 3.13 - Результат нажатия кнопки “Создать”

Тестирование завершено, программа рабочая.

ВЫВОДЫ

С целью оптимизации затрат и установления контроля за энергоснабжением в данной дипломной работе была разработана программа «Energy Management» - инструмент для подсчета расхода электроэнергии в хозяйстве. При помощи этой программы было рассчитано текущие затраты электроэнергии и возможное снижение за счет экономии и использования современных технологий. Energy Management будет полезен тем, кто хочет снизить расходы на электричество. Для тех малых предприятий, которые собираются установить автономную систему электроснабжения, такая программа совершенно необходима для оптимизации энергопотребления. Это важно, поскольку, чем меньше потребление электроэнергии, тем меньше нагрузка на компоненты энергосистемы и тем дольше они служат. Также меньший расход энергии позволяет установку системы меньшей мощности и на этом очень сильно сэкономить.

В первом разделе дипломной работы было рассмотрено общее понятие энергоресурсов и методы их расчета. Электрическая энергия (электричество) определяется как совокупность явлений, в которых проявляется существование, движение и взаимодействие (посредством электромагнитного поля) заряженных частиц. Электрическая энергия имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими видами производной энергии - возможность получения практически любых количеств энергии как от элемента размером со спичечную головку, так и от турбогенераторов мощностью более 1000 МВт, сравнительная простота ее передачи на расстояние и легкость преобразования в энергию других видов.

Во втором разделе был сделан выбор программной среды разработки для расчета потребления энергоресурсов. Несмотря на все преимущества Borland Delphi имеет ключевой недостаток - является платной распространенной средой программирования. Поэтому для реализации программной системы я использовал аналог Borland Delphi - Lazarus.

Lazarus - свободная <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5> среда разработки программного обеспечения <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F> на языке Object Pascal <http://ru.wikipedia.org/wiki/Object_Pascal> для компилятора Free Pascal <http://ru.wikipedia.org/wiki/Free_Pascal> (часто используется сокращение FPC - свободно распространяемый компилятор языка программирования Pascal). Интегрированная среда разработки предоставляет возможность кроссплатформенной разработки приложений в Delphi <http://ru.wikipedia.org/wiki/Delphi_(%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8)>-подобном окружении. На данный момент является единственным инструментом быстрой разработки приложений (RAD), позволяющим Delphi-программистам создавать приложения с графическим интерфейсом для Linux (и других не -Windows) систем.

В третьем разделе была разработана и протестирована программа для расчета энергопотребления - Energy Management, что позволит улучшить энергосберегающую обстановку малых предприятий.

Таким образом, целенаправленная работа по энергосбережению улучшит экономические показатели производственной деятельности малых и средних предприятий. Этот опыт может быть использован на ряде других предприятий, расположенных как в Краматорске, так и в других регионах Донбасса.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Н.И.Данилов. Энергосбережение: Введение в проблему: учебное пособие для учащихся общеобразовательных и средних профессиональных учебных учреждений / [и др.]. Екатеринбург: ИД «Сократ», 2001. 208 с.

2.      Глазьев С.Ю. Эволюция технико-экономических систем: Возможности и границы централизованного     регулирования / С.Ю. Глазьев, Д.С. Львов, Г.Г. Фетисов. М.: Наука, 2009. 208 с.

.        В.Г. Лисиенко. Энергетический анализ. Методика и базовое информационное обеспечение: учебное пособие / В.Г. Лисиенко [и др.]. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2011. 100 с.

.        Н.И. Данилов. Основы энергосбережения / Н.И. Данилов, Я.М. Щелоков. Екатеринбург: ИД «Сократ», 2002. 352 с.; 2004. 368 с.

.        Лисиенко В.Г. Хрестоматия энергосбережения: справочное издание: В 2 кн. / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, В.Г. Ладыгичев; под ред. В.Г. Лисиенко. М.: Теплотехник, 2010. Кн. 1. 688 с.

.        Р 50.1.026-2000 Рекомендации по стандартизации. Энергосбережение. Методы подтверждения показателей энергетической эффективности. Общие требования. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001. 12 с.

.        Гуртовцев А.П. Комплексная автоматизация учета и контроля электроэнергии и энергоносителей на промышленных предприятиях и их хозяйственных объектах. Гл. 1. Энергоучет: вчера, сегодня, завтра / А.П. Гуртовцев // Промышленная энергетика. 2000. № 4. С. 20 - 27.

.        Булаев Ю.В. Комплексная автоматизация энергоснабжения предприятия / Ю.В. Булаев, В.А. Табаков, В.В. Еськин // Промышленная энергетика. 2011. № 2. С. 11 - 15.

.        Мельников А. Ю. О методике построения лабораторного практикума по дисциплине «Электронная коммерция» / А. Ю. Мельников // Теорія та методика навчання математики, фізики, інформатики: збірник наукових праць. Випуск IX. - Кривий Ріг : Видавничий відділ НМетАУ, 2011. - С. 491-495.

.        Мельников А. Ю. Программная система для работы с отраслевыми образовательными стандартами / А. Ю. Мельников, Е. В. Антонова, С.А. Чигирь // Вісн. Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - Луганськ, 2011. - №7 (161). Ч.1 - C.219-225.

11.    ДСТУ ГОСТ 7.1:2006. Система стандартів з інформації та видавничої справи. Бібліографічний запис. Бібліографічний опис. Загальні вимоги та правила складання. - Введ. 2007-07-01. - Київ : Держспоживстандарт України, 2007. - 52 с.

.        Правила оформления документации: методические указания (для студентов специальности «Системы и методы принятия решений» всех форм обучения) / сост. A.Ю. Мельников, О.Л. Ольховская. - Краматорск: ДГМА, 2012. - 16 с.