Расчет расхода энергоресурсов для малых предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

1.1 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.

№ п/п	Запасы органических топлив	Объем, млрд. т у.т.
1	уголь (включая бурый)	800
2	нефть	90
3	газ	85
4	торф	5

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

Год	Произведено энергоресурсов	Собственное потребление	Экспортная составляющая
1996	1860	1600	260
2000	1400	980	420
2006	1618	945	673

Таблица 1.3 - Энергетический потенциал Украины

Вид энергетического ресурса	Технический потенциал, млрд. т у.т.	Доля в общем потенциале, %
Невозобновляемые ресурсы
Уголь	2000	85,8
Нефть	20	0,86
Газ	60	2,6
Ядерное топливо	200	8,6
Торф	50	2,14
Всего	2330	100
Возобновляемые ресурсы, млрд. т у.т./год
Гидроэнергия	0,8	57,1
Древесина и отходы полеводства	0,05	3,6
Органические отходы	0,2	14,3
Энергия ветра	0,25	17,9
Солнечная энергия	0,1	7,1
Всего	1,4	100

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

2.1 Выбор среды разработки для реализации программной системы

Интегрированная среда разработки, ИСР (англ. IDE, Integrated development environment или integrated debugging environment) -- система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения (ПО).

Обычно, среда разработки включает в себя:

– текстовый редактор,

– компилятор и/или интерпретатор,

– средства автоматизации сборки,

– отладчик.

Частный случай ИСР -- среды визуальной разработки, которые включают в себя возможность визуального редактирования интерфейса программы. Именно в среде визуальной разработки будет реализация нашей программной системы.

Среда визуальной разработки -- среда разработки программного обеспечения, в которой наиболее распространенные блоки программного кода представлены в виде графических объектов. Применяются в основном для создания прикладных программ и разработки графического интерфейса пользователя (GUI).

Рассмотрим преимущества и недостатки среды визуальной разработки.

Преимущества:

– быстрота разработки

– лёгкость освоения

– стандартизация внешнего вида программ.

Недостатки:

– привязка к конкретной среде разработки связанная с проблематичностью перехода на другую среду разработки

– затруднённое использование нестандартных компонентов

– наличие недокументированных особенностей компонент

Следует учитывать, что некоторые визуальные среды разработки имеют собственный формат хранения проекта и при переходе на другую среду может возникнуть непереносимость свойств проекта и некоторых частей проекта, таких, как собственные библиотеки используемой среды разработки.

Так же следует учитывать некоторые изменения, которые могут вносится в язык программирования. Конкретный пример - среда разработки Delphi (за основу взят Pascal, но по сути это уже новый язык программирования).

Правильно спроектированное ПО должно учитывать развитие и внедрение новых технологий, поэтому перенос разработки такого ПО в другую среду разработки не должен представлять трудностей.

Список сред визуальной разработки:

– Sun Studio

– IntelliJ IDEA

– HiAsm

– Eclipse

– Microsoft Visual Studio

– Borland Developer Studio

– Borland Delphi

– Borland C++ Builder

– DJEM

– Kylix

– KDevelop

– QDevelop (в связке с Qt Designer)

– Qt Creator

– Anjuta

– VisualWorks

– VisualAge for Smalltalk

– Dolphin Smalltalk

– Squeak

– Dev-C++

– SharpDevelop

– Lazarus

– Momentics

– ГРАФИТ

– NetBeans

Рассмотрим преимущества визуальной среды программирование Borland Delphi:

– быстрота разработки приложения (В первую очередь это относится к созданию интерфейса, на который уходит 80% времени разработки программы.);

– удобная IDE;

– высокая производительность разработанного приложения;

– низкие требования разработанного приложения к ресурсам компьютера;

– наращиваемость за счет встраивания новых компонент и инструментов в среду Delphi;

– возможность разработки новых компонент и инструментов собственными средствами Delphi (существующие компоненты и инструменты доступны в исходниках);

– удачная проработка иерархии объектов;

– возможность создавать распределенные приложения на базе СОМ и CORBA, Интернет и intranet-приложения;

– доступность огромных количеств визуальных компонентов третьих фирм, часть из которых freeware, часть shareware, часть - коммерческих;

– мощные средства отладки (вплоть до пошагового выполнения команд процессора);

– средства коллективной работы над проектом;

– встроенные компоненты доступа к данным: BDE, ODBC или ADO;

– возможность создания компонентов ActiveX без использования Microsoft IDL;

– поддержка многозвенной технологии (multi-tiered) доступа к данным;

– язык поддерживает все требования, предъявляемые к объектно-ориентированному языку программирования;

– язык поддерживает обработки исключительных ситуаций, а также перегрузку методов и подпрограмм (overload) в стиле C++;

– возможность создавать свои собственные компоненты, импортировать ОСХ-компоненты, создавать шаблоны проектов и «мастеров», создающих заготовки проектов.

Несмотря на все преимущества этой среды разработки, есть и ключевой недостаток - Borland Delphi является платной распространенной средой программирования. Поэтому для реализации программной системы будет использован аналог Borland Delphi - Lazarus.

Lazarus -- свободная среда разработки программного обеспечения на языке Object Pascal для компилятора Free Pascal (часто используется сокращение FPC -- свободно распространяемый компилятор языка программирования Pascal). Интегрированная среда разработки предоставляет возможность кроссплатформенной разработки приложений в Delphi-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.

Позволяет достаточно несложно переносить Delphi-программы с графическим интерфейсом в различные операционные системы: Linux, FreeBSD, Mac OS X, Microsoft Windows, Android. Начиная с Delphi XE2 в самом Delphi имеется возможность компиляции программ для Mac OS X, а с версии XE4 и для iOS.

Рассмотрим достоинства данной среды разработки:

– Поддерживает преобразование проектов Delphi.

– Реализован основной набор элементов управления.

– Редактор форм и инспектор объектов максимально приближены к Delphi.

– Интерфейс отладки (используется внешний отладчик GDB).

– Простой переход для Delphi программистов благодаря близости LCL к VCL.

– Полностью юникодный (UTF-8) интерфейс и редактор и поэтому отсутствие проблем с портированием кода, содержащего национальные символы.

– Мощный редактор кода, включающий систему подсказок, гипертекстовую навигацию по исходным текстам, автозавершение кода и рефакторинг.

– Форматирование кода «из коробки», используя механизмы Jedi Code Format.

– Поддержка двух стилей ассемблера: Intel и AT&T (поддерживаются со стороны компилятора).

– Поддержка множества типов синтаксиса Pascal: Object Pascal, Turbo Pascal, Mac Pascal, Delphi (поддерживаются со стороны компилятора).

– Имеет собственный формат управления пакетами.

– Авто сборка самого себя (под новую библиотеку виджетов) нажатием одной кнопки.

– Поддерживаемые для компиляции ОС: Linux, Microsoft Windows (Win32, Win64), Mac OS X, FreeBSD, WinCE, OS/2.

Рассмотрим недостатки данной среды разработки:

– Нет полной совместимости с Delphi (хотя в отличие от Delphi предоставляет возможность создавать более кроссплатформенные приложения)

– Отсутствие полной документации, хотя она доступна в виде Wiki -- учебников, которые могут редактировать сами пользователи[5]

– В среде Lazarus было написано такое программное обеспечение как:

– Total Commander -- 64-разрядная версия TC 8.0 компилируется с помощью Lazarus x64

– Double Commander -- двухпанельный файловый менеджер c открытым исходным кодом, работающий под Linux и Microsoft Windows.

– easyMP3Gain -- аудиоредактор для нормализации громкости mp3-файлов.

– GLScene -- графический движок, использующий библиотеку OpenGL в качестве интерфейса программирования приложений. Входит в пакет CodeTyphon -- альтернативная сборка Lazarus, со множеством дополнительных пакетов и компонентов.

– Greengnome (англ.) -- свободная среда рабочего стола для Microsoft Windows (аналог рабочего стола GNOME для Linux).

– PeaZip -- свободный и бесплатный кроссплатформенный портативный архиватор и графическая оболочка для других архиваторов.

– Ubuntu Control Center -- центр управления операционной системой ubuntu.

– Transmission Remote GUI -- Front-end программа для управления BitTorrent клиентской программой Transmission, работающая под Linux,Microsoft Windows и Mac OS X.

Требования, предъявляемые к программному обеспечению -- совокупность утверждений относительно атрибутов, свойств или качеств программной системы, подлежащей реализации. Создаются в процессе разработки требований к программному обеспечению, в результате анализа требований.

Требования могут выражаться в виде текстовых утверждений и графических моделей.

В классическом техническом подходе совокупность требований используется на стадии проектирования ПО. Требования также используются в процессе проверки ПО, так как тесты основываются на определённых требованиях.

Этапу разработки требований предшествовало технико-экономическое обоснование, или концептуальная фаза анализа проекта. Фаза разработки требований может быть разбита на выявление требований (сбор, понимание, рассмотрение и выяснение потребностей заинтересованных лиц), анализ (проверка целостности и законченности), спецификация (документирование требований) и проверка правильности.

Виды требований по уровням:

– Бизнес-требования -- определяют назначение ПО, описываются в документе о видении (vision) и границах проекта (scope).

– Пользовательские требования -- определяют набор пользовательских задач, которые должна решать программа, а также способы (сценарии) их решения в системе. Пользовательские требования могут выражаться в виде фраз утверждений, в виде способов применения (use case), пользовательских историй (user story), сценариев взаимодействия (scenario).

– Функциональные требования -- охватывают предполагаемое поведение системы, определяя действия, которые система способна выполнять. Описывается в системной спецификации (англ. system requirement specification, SRS).

Виды требований по характеру:

– Функциональный характер -- требования к поведению системы:

а) Бизнес-требования.

б) Пользовательские требования.

в) Функциональные требования.

– Нефункциональный характер -- требования к характеру поведения системы:

а) Бизнес-правила -- определяют ограничения, проистекающие из предметной области и свойств автоматизируемого объекта (предприятия).

б) Системные требования и ограничения -- определения элементарных операций, которые должна иметь система, а также различных условий, которым она может удовлетворять. К системным ограничениям относятся ограничения на программные интерфейсы, требования к атрибутам качества, требования к применяемому оборудованию и ПО.

в) Атрибуты качества.

г) Внешние системы и интерфейсы.

д) Ограничения.

Характеристики качественных требований по-разному определены различными источниками. Следующие характеристики являются общепризнанными (см. табл. 2.1):

Таблица 2.1 - Характеристики качественных требований к ПО

Характеристика	Объяснение
1	2
Единичность	Требование описывает одну и только одну вещь.
Завершённость	Требование полностью определено в одном месте и вся необходимая информация присутствует.
Последовательность	Требование не противоречит другим требованиям и полностью соответствует внешней документации.
Атомарность	Требование «атомарно». То есть оно не может быть разбито на ряд более детальных требований без потери завершённости.
Отслеживаемость	Требование полностью или частично соответствует деловым нуждам как заявлено заинтересованными лицами и документировано.
Актуальность	Требование не стало устаревшим с течением времени.
Выполнимость	Требование может быть реализовано в пределах проекта.
Недвусмысленность	Требование кратко определено без обращения к техническому жаргону, акронимам и другим скрытым формулировкам. Оно выражает объективные факты, не субъективные мнения. Возможна одна и только одна интерпретация. Определение не содержит нечётких фраз. Использование отрицательных утверждений и составных утверждений запрещено.
Обязательность	Требование представляет определённую заинтересованным лицом характеристику, отсутствие которой приведёт к неполноценности решения, которая не может быть проигнорирована. Необязательное требование -- противоречие самому понятию требования.
Проверяемость	Реализованность требования может быть определена через один из четырёх возможных методов: осмотр, демонстрация, тест или анализ.

Все требования должны быть поддающимися проверке. Наиболее общепринятая методика проверки -- тесты. Если проверка тестами невозможна, тогда должен использоваться другой метод проверки (анализ, демонстрация, осмотр или обзор дизайна).

Определённые требования, по своей сути, не являются поддающимися проверке. Они включают требования, которые говорят, что система никогда не должна или всегда должна показывать специфическое свойство. Надлежащее тестирование этих требований потребовало бы бесконечного цикла тестирования. Такие требования должны быть переопределены так, чтобы они стали поддающимися проверке. Как было указано выше все требования должны быть поддающимися проверке.

Нефункциональные требования, которые являются неподдающимися проверке на программном уровне, все равно должны быть сохранены как документация намерений клиента; Такие требования к продукту могут быть преобразованы в требования к процессу. Нефункциональное требование, чтобы ПО не содержало «потайных ходов», может быть удовлетворено заменой на требование использовать парное программирование. Сложные требования безопасности авиационного программного обеспечения могут быть удовлетворены следованием процессу разработки DO-178B (англ.).

При разработке требований часто возникают проблемы двусмысленности, неполноты, и несогласованности отдельных требований. Устранение этих проблем на этапе разработки требований стоит на несколько порядков меньше, чем устранение этих же проблем на поздних стадиях разработки. Для решения и устранения этих проблем существует процесс разработки требований.

При разработке требований существует технический компромисс между слишком неопределёнными требованиями и требованиями столь детализированными, что они:

– требуют много времени для разработки, иногда даже рискуют устареть к концу разработки;

– ограничивают возможные способы реализации;

– являются слишком дорогостоящими.

Рассмотрим требования, которые следует предъявить к разрабатываемому программному обеспечению.

– Производительность. Приложение должно иметь высокую производительность.

– Доступность. Приложение должно быть доступным для общественности.

– Легкость. Приложение должно быть простым в использовании и интуитивно-понятным пользователю.

– Анализ входного потока. Приложение должно проводить анализ входных данных.

– Гибкость. Приложение должно иметь возможность расширять, уменьшать входной поток данных.

– Анализ выходного потока. Приложение должно осуществлять сравнение результатов расчета.

– Модификация. Приложение должно иметь возможность модификации и расширение интерфейса пользователя.

– Вывод результатов. Приложение должно иметь возможность вывода результатов в файл.

– Информативность. Приложение должно содержать описание программы.

– Эффективность. Приложение должно эффективно решать поставленную задачу.

– Актуальность. Приложение должно быть актуальным.

– Среда использования. Приложение должно быть использовано на малых предприятиях.

– Сценарий. Приложение должно иметь сценарий для решения поставленной задачи.

В общем случае требования изменяются со временем. После того, как требования определены и одобрены, изменения должны попадать под контроль внесения изменений. Для многих проектов требования изменяются до завершения создания системы. Это происходит частично из-за сложности программного обеспечения и того факта, что пользователи не знают что им нужно на самом деле. Эта особенность требований привела к появлению процесса управления требованиями.

2.2 Среда разработки Lazarus

Lazarus это бесплатный инструмент разработки с открытым кодом. IDE Lazarus представляет собой среду с графическим интерфейсом для быстрой разработки программ, аналогичную Delphi, и базируется на оригинальной кроссплатформенной библиотеке визуальных компонентов LCL (Lazarus Component Library), совместимых с VCL Delphi. В состав IDE входят и не визуальные компоненты. В принципе такого набора достаточно для создания программ с графическим интерфейсом и приложений, работающих с базами данных и Интернетом.

В среде Lazarus используются собственный формат управления пакетами и свои файлы проектов.

Lazarus это стабильная богатая возможностями среда разработки для создания самостоятельных графических и консольных приложений. В настоящее время она работает на Linux, FreeBSD и Windows и предоставляет настраиваемый редактор кода и визуальную среду создания форм вместе с менеджером пакетов, отладчиком и графическим интерфейсом, полностью интегрированным с компилятором FreePascal.

Компилятор Free Pascal позволяет создавать кроссплатформенные приложения, т.е. приложения, которые могут выполняться на различных платформах.

Рассмотрим основные элементы среды разработки Lazarus.

IDE Lazarus имеет вид, показанный на рис. 2.2.

Рисунок 2.2 - Вид IDE Lazarus в Windows

Среда Lazarus состоит из нескольких не связанных окон.

1. 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

2. 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

3. 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

8. 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

10. 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:

– Caption: Создать

– 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