毕业设计(论文)-钢铁企业能源运行管理与分析系统的设计与实现.doc
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1、目录目录 第一章第一章 绪论绪论2 2 1.11.1 引言引言2 2 1.21.2 钢铁企业现代化能源中心的建设问题钢铁企业现代化能源中心的建设问题3 3 1.2.11.2.1 宝钢能源中心简介宝钢能源中心简介 3 3 1.2.21.2.2 宝钢能源中心的地位和功能宝钢能源中心的地位和功能 5 5 1.2.31.2.3 宝钢能源中心的管理现状与存在问题宝钢能源中心的管理现状与存在问题 6 6 1.2.41.2.4 建立能源运行管理与分析系统的必要性建立能源运行管理与分析系统的必要性 7 7 1.2.51.2.5 能源运行管理与分析系统的建设目标能源运行管理与分析系统的建设目标 8 8 1.31
2、.3 钢铁企业能耗分析概述钢铁企业能耗分析概述8 8 1.3.11.3.1 钢铁企业能耗分析的必要性钢铁企业能耗分析的必要性 9 9 1.3.21.3.2 钢铁企业能耗分析的主要指标钢铁企业能耗分析的主要指标 9 9 1.3.31.3.3 现有的钢铁企业能耗分析方法现有的钢铁企业能耗分析方法 9 9 1.3.41.3.4 模糊神经网络在钢铁企业能耗分析中的应用模糊神经网络在钢铁企业能耗分析中的应用 1010 1.41.4 本文的主要内容与编排本文的主要内容与编排1010 第二章第二章 钢铁企业能源运行管理与分析系统的设计与实现钢铁企业能源运行管理与分析系统的设计与实现1212 2.12.1 需
3、求分析需求分析1212 2.22.2 设计指导思想设计指导思想1313 2.32.3 总体设计总体设计1313 2.3.12.3.1 系统组成系统组成 1313 2.3.22.3.2 系统网络结构系统网络结构 1414 2.42.4 详细设计详细设计1717 2.4.12.4.1 任务单与管网子系统的功能与软件结构任务单与管网子系统的功能与软件结构 1717 2.4.22.4.2 报表子系统的功能与软件结构报表子系统的功能与软件结构 1919 2.4.32.4.3 OLAPOLAP 子系统的功能与软件结构子系统的功能与软件结构2121 2.52.5 系统的创新点系统的创新点2121 第三章第三
4、章 建立钢铁企业能源运行管理与分析系统的关键技术建立钢铁企业能源运行管理与分析系统的关键技术2323 3.13.1 数据库技术数据库技术2323 3.1.13.1.1 SQLSQL ServerServer 7.07.0 的特点的特点2323 3.1.23.1.2 SQLSQL ServerServer 数据完整性数据完整性2424 3.1.33.1.3 SQLSQL ServerServer 数据备份与恢复数据备份与恢复2525 3.1.43.1.4 SQLSQL ServerServer 的性能优化方法的性能优化方法2525 3.1.53.1.5 SQLSQL ServerServer 数
5、据库访问接口数据库访问接口2626 3.23.2 网络通讯解决方案网络通讯解决方案3030 3.33.3 客户机客户机/ /服务器体系结构服务器体系结构3131 3.43.4 OLAPOLAP 技术技术 3232 3.4.13.4.1 OLAPOLAP 系统的特点:系统的特点:3232 3.4.23.4.2 OLAPOLAP 的多维数据概念的多维数据概念3333 3.4.33.4.3 OLAPOLAP 的多维数据结构的多维数据结构3434 3.4.43.4.4 多维数据库多维数据库 3636 3.4.53.4.5 OLAPOLAP 的多维数据分析的多维数据分析3737 第四章第四章 钢铁企业能
6、耗指标及能耗分析方法概述钢铁企业能耗指标及能耗分析方法概述3838 4.14.1 钢铁企业能耗分析的主要指标钢铁企业能耗分析的主要指标3838 4.1.14.1.1 能耗指标的含义能耗指标的含义 3838 4.1.24.1.2 吨钢综合能耗与吨钢可比能耗的区别吨钢综合能耗与吨钢可比能耗的区别 3939 4.24.2 能耗分析方法能耗分析方法3939 4.2.14.2.1 工艺结构分析法工艺结构分析法 4040 4.2.24.2.2 层次分析法层次分析法 4040 4.2.34.2.3 对比分析法对比分析法 4141 4.2.44.2.4 e-pe-p 分析法分析法4141 第五章第五章 模糊神
7、经网络及其在吨钢综合能耗分析中的应用模糊神经网络及其在吨钢综合能耗分析中的应用4444 5.15.1 模糊神经网络理论模糊神经网络理论4444 5.25.2 一种改进的模糊神经网络一种改进的模糊神经网络4545 5.35.3 模糊神经网络在宝钢能耗分析中的应用模糊神经网络在宝钢能耗分析中的应用4848 5.3.15.3.1 宝钢能源消耗结构宝钢能源消耗结构 4848 5.3.25.3.2 宝钢吨钢综合能耗影响因素的递阶层次结构宝钢吨钢综合能耗影响因素的递阶层次结构 4949 5.3.35.3.3 宝钢能耗数据宝钢能耗数据 5050 5.3.45.3.4 吨钢综合能耗建模吨钢综合能耗建模 525
8、2 5.3.55.3.5 吨钢综合能耗的构序分析吨钢综合能耗的构序分析 5454 5.3.65.3.6 吨钢综合能耗的预测分析吨钢综合能耗的预测分析 5555 第六章第六章 总结与展望总结与展望5656 第一章第一章绪论绪论 1.11.1 引言引言 钢铁企业是资源密集型产业,多年来钢铁企业的能源消耗约占全国能源消 耗总量的 10%,列第三位。高能耗不仅会导致高成本,同时也会造成资源的浪 费和对环境的污染,甚至严重影响钢铁企业的可持续发展。因此,解决高能耗 问题,已成为钢铁企业在“十五”期间的重要战略任务之一。 要解决钢铁企业的高能耗问题,目前迫切需要解决的两个问题是: 建立现代化的能源中心 所
9、谓现代化的能源中心,是集能源管理与能源系统工程、计算机技术与网 络通讯技术、软件工程与人工智能等于一体的现代化能源管理手段,也是一种 利用先进的电子、信息技术改造传统产业的有力工具。它可以通过高速数据网 在线采集能源数据,利用电子计算机统一管理企业的能源购入、转换、分配和 使用诸环节,监视能源设备的安全运行,实时进行能源介质的工序调度平衡工 作,综合实现企业的能源需求预测、优化分配、合理利用、计划平衡、自动控 制和决策分析,从而能够行之有效地为钢铁企业的节能降耗工作服务。 掌握科学、有效的能耗分析手段 在钢铁生产流程中,影响企业能耗的因素很多,而且各因素之间的相互作 用非常复杂,因此很难对各种
10、因素对企业能耗的影响程度进行合理估计。只有 掌握科学、有效的能耗分析手段,对企业能耗指标进行系统的全面的定量分解 剖析,才能明确企业节能降耗的方向,为制定能耗控制措施和指导生产工艺节 能奠定基础。 下面的两节中,我们将就上述两个问题分别进行分析,从而引出本文的论 述范围和研究目的。 1.21.2 钢铁企业现代化能源中心的建设问题钢铁企业现代化能源中心的建设问题 自从能源管理中心(简称能源中心)在日本钢铁企业出现以来,由于其良 好的经济效益,使得各国越来越多的钢铁企业相继建设这样的中心,我国的宝 钢,早在 20 世纪 70 年代,就开始从日本引进能源中心技术。本节将以宝钢为 例,讨论我国大型钢铁
11、企业能源中心的管理现状、存在问题以及解决方案。 1.2.11.2.1 宝钢能源中心简介宝钢能源中心简介 宝钢是一个特大型钢铁企业,能源是宝钢生产的心脏和动脉。宝钢生产所 需的能源介质有电力、水、重油、各种煤气、蒸汽、氧、氮、氩等 17 种,能源 介质的流程见图 1.2.1.1 所示。能源介质管网遍布全厂,线路长达数百公里,供 应生产的能源介质昼夜不息、变化频繁,形成了能源介质系统性强、产供用同 时完成、等量平衡困难、运行动态变化复杂、信息量大等特征,而且能源产供 用具有连续型流程业的特点。能源的流通构成了宝钢生产的动脉。它们的安全 运行、稳定供应是全厂生产的保证。 COG BFG COG ,
12、, COG BFG , , BFG COG BFG COG BFG CDQ C D Q 水水 道道 送送 风风 T R T 制制 氧氧 , 焦焦 炉炉 高高 炉炉 初初轧轧 无无缝缝 热热轧轧 冷冷轧轧 其其它它工工厂厂 烧 结 转转 炉炉 转转炉炉余余热热锅锅炉炉 锅锅 炉炉 发发 电电 厂厂 COG BFG LDG COG 图 1.2.1.1 宝钢能源介质流程 宝钢对能源供需管理的总要求是:安全运行,稳定供应,有效利用。宝钢 的用能特点可以概括为: 1.品种多,有电力、高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、中低压蒸汽、重 油、氧、氮、氩、原水、工业水、过滤水、纯水、软水、饮用水、循 环水、排水共
13、17 种; 2.用量大,年耗标准煤几百万吨; 3.同步生产使用二次能源,要求二次能源供应连续稳定; 4.能源之间转换性强,如果转炉煤气不足,则采用合成转炉煤气,保证 转炉煤气供应的稳定性,还有高炉煤气代煤,焦炉煤气代油等; 5.严禁发生事故,一旦发生故障,也要能及时排除,防止扩大,使对全 局的影响减到最小程度; 6.能源涉及到方方面面,供应必须满足生产各环节的要求,系统性强。 因此,宝钢的能源管理是一个多元的综合性系统工程,要求能对信息迅速 传递、及时反馈、集中监测并控制能源潮流。担负这一任务的能源中心,在宝 钢生产中具有特殊意义,它虽然不直接承担生产加工,但却是全厂生产的心脏 和动脉。为此宝
14、钢设立了能源中心。能源中心集计算机技术、系统工程、网络 通讯及管理科学于一体,采用现代化方法,对二次能源的发生设备和能源使用 进行集中统一的系统管理。 1.2.21.2.2 宝钢能源中心的地位和功能宝钢能源中心的地位和功能 宝钢能源中心管理包括动力(除煤外) 、电力、水道三大部分的能源介质, 全厂性的环境监测装置也设在能源中心。能源管理范围是从能源的发生处(或 接受处)到各级能源使用工厂的入口处。能源中心作为宝钢总厂的一个组成部 分,其地位和作用如图 1.2.2.1 所示。目前,宝钢能源中心采用实时监控与管 理信息系统(EMS 系统)实现对宝钢全厂的各种主要大型能源设施,如变电站、 水泵站、煤
15、气加压站、煤气混合站、蒸汽管网等的实时监控、在线生产调整; EMS 采集分布在 21 平方公里的广大地域内的主要过程信息量多达 11525 点。 EMS 系统的建成和运行为宝钢能源的安全运行、稳定供应提供了有效的手段和 途径。 图 1.2.2.1 能源中心在总厂中的地位和作用 EMS 系统的历年运行,为宝钢积累了丰富的能源运行数据,但 EMS 系统 的数据存储和管理模式为典型的实时监控管理系统形式,还缺乏有效利用这些 数据资源对能源系统运行状况进行深入分析的功能。 宝钢能源中心的主要功能可概括为: (1)根据钢铁生产计划编制能源供需计划; (2)对各种能源进行潮流监视和供需调整; (3)对重要
16、的能源设备进行遥测、遥控操作,实现集中操作管理; (4)通过联络指令装置对各生产厂、各能源设备生产岗位、能源设备巡检 人员进行业务联系和发布调整指令,使能源设备合理运转,充分而高 效地利用各种能源; (5)能源系统发生异常和事故时,进行能源系统紧急调整处理,防止事故 扩大,保证生产和设备的安全;一旦发生全厂性的事故(如台风、火 灾、大潮汛)时,能源中心还可以起到防灾指挥中心的作用; (6)能源中心的计算机进行能源信息采集处理、监视报警、预测控制等工 作,并制作和打印各种能源生产报表; 总厂 管理级 全厂能源管理 工艺车间生产管理级 工艺车间过程控制级 基础自动化级 设备自动控制级 制定生产计划
17、 下达日生产计划 编制日能源计划 能源统计 调度监控 (7)收集厂内、外的环境监测数据和定点气象观测数据。 1.2.31.2.3 宝钢能源中心的管理现状宝钢能源中心的管理现状与存在问题与存在问题 宝钢能源中心的实时监控与管理信息系统(EMS 系统)采用分布式计算机网 络系统,对钢铁企业各生产环节所需的一次能源和二次能源及余热利用等实现 了分散控制和集中管理,为使煤气、电力、蒸汽等诸多能源介质实现相互转换、 互为补充,节能运行,建立了系统硬件、软件的有效基础。 EMS 系统的历年运行,在能源介质主要信息的采集、基础自动化和运行监 控方面发挥着其不可替代的重要作用。然而, EMS 系统作为一个特大
18、型在线监 控系统,对能源系统管理决策的支持能力有一定的局限性。主要表现在: (1) 各种管理报表的编制方面。EMS 系统完成的报表功能为固定格式的 日报、月报、准点报等。能源中心技术人员在编制各种报表时,对 EMS 数据的利用还停留在阅读 EMS 的打印报表,人工选择、输入供 需月报编制所需的数据阶段,对各种报表的使用停留在文件处理方 式,实现各种报表的编制工作量大,对报表中积累的数据再利用率 低,难以实现已有报表汇总数据的查询和分析。 (2) 近期能介数据利用方面。EMS 系统对能源中心技术人员只提供几种 特定格式的数据查询功能,而且,使用人员需对 EMS 系统有相当的 了解,能介数据导出和
19、再使用困难,所以,技术人员要利用这些数 据做分析相当不便。 (3) 历史能介数据利用方面。EMS 的数据备份为数据文件,有其特有的 命名方法,文件内数据以 EMS 定义的信号标识加以区别。要了解这 些数据的定义和文件的定义方式需要大量的时间,要利用这些数据 做分析,更需要大量的编程工作。因此,能源中心技术人员对 EMS 的历史数据利用变得相当困难。 (4) 对信息的覆盖面方面。EMS 主要实现对宝钢重要能介设备状态的遥 测、遥控和主要能介过程信息的采集。宝钢中小型能源设备的操作 仍为人工现场操作、对操作信息的记录和管理为纸面形式,难以进 行设备操作情况的查询和统计,缺乏对各种设备操作进行科学管
20、理 的有效手段。 1.2.41.2.4 建立能源运行管理与分析系统的建立能源运行管理与分析系统的必要性必要性 从上一小节中对宝钢能源中心管理现状及存在问题的分析可以看出,虽然 宝钢能源中心通过 EMS 系统实现了宝钢一次能源、二次能源及余热利用等的集 中控制监测和管理,但 EMS 系统属于监控管理系统,其提供的信息和功能的主 要面向能源中心调度室的现场操作人员,且定制报表、信息查询以及数据分析 等功能有限。为使能源中心技术室人员也能够有效地利用 EMS 系统提供的数据 进行能耗分析,为优化能源利用和管理服务,必须按能源管理的需求,系统规 划、开发新的系统,以满足对能源运行状况分析的需要,并进一
21、步为实时优化 能源运行服务,而这个新的系统,就是能源运行管理与分析系统。 推而广之,建立能源运行管理与分析系统,对宝钢之外的其它大型钢铁企 业具有同样重要的意义,具体表现在以下几个方面: (1) 钢铁企业竞争的需要。大型钢铁企业不仅面对国内企业的竞争,随 着我国即将进入 WTO,还将面对国外大型钢铁企业的强大竞争压力。 能源成本在钢铁生产的成本中占有很大的比重。加强能源系统的优 化运行,提高能源的利用率,可以有效的降低成本,提高企业在世 界钢铁市场中的竞争力。 (2) 企业决策支持的需要。对大型钢铁企业来说,它的能源中心已经实 现了基础自动化和监控层面的信息化。而它对于管理决策的支持有 限,这
22、样会造成决策支持在能源系统方面的薄弱环节,使企业在降 低能源成本时缺乏合理的切入点。 (3) 数据资源有效利用的需要。EMS 系统记录了宝钢能源运行的海量数 据。这些数据是企业的宝贵财富,通过对它的分析和发掘,可以发 现重要的企业能源运行规律。这些规律,无论在管理决策时,还是 在系统的改造中,都有很强的指导意义。 (4)加强环境保护的需要。随着社会的进步,人们的环保意识日益增强, 对钢铁企业的环保提出了更高的要求。对钢铁企业来说,高能耗往 往意味着高污染。如果对能源系统加强科学管理,降低能耗,不但 可以改善环境,而且可以降低环保方面的费用。 1.2.51.2.5 能源运行管理与分析系统的建设目
23、标能源运行管理与分析系统的建设目标 在钢铁企业的能源中心建立能源运行管理与分析系统(以下简称 ESEOS) , 通过利用计算机网络、数据库、数据仓库等先进的计算机技术,对 EMS 系统的 数据资源进行提取、处理,以便能源中心技术人员能及时生成适用的生产报表、 曲线和对能源运行状况进行分析,为能源生产专业技术人员优化能源系统运行 方式提供决策支持;系统同时实现能介系统运行方式变更信息无纸化归档管理, 能介动力系统管网设备运行信息的计算机管理和查询,这一功能的实现将提高 能源管理系统的应变处理能力,完善科学管理;系统还实现对各种能源介质的 主要标志性数据提供灵活的查询和分析手段,为对钢铁企业能源系
24、统运行进行 深入的数据挖掘和建模,为企业各级领导进行能源系统宏观管理提供决策支持, 奠定坚实的基础。 1.31.3 钢铁企业能耗分析钢铁企业能耗分析概述概述 要实现钢铁企业的节能降耗,另一个急待解决的问题就是掌握科学、高效、 可靠的能耗分析方法。 1.3.11.3.1 钢铁企业能耗分析的必要性钢铁企业能耗分析的必要性 钢铁企业是耗能大户,其能源消耗费用包括一次能源费用及二次能源转换、 加工、输送、回收等费用约占钢铁生产总成本的 20% 30%,而能源消耗又是 生产总成本中可控制的关键部分。 高能耗不仅会导致高成本,也会造成资源的浪费和环境污染,严重影响钢 铁工业的可持续发展。 因此,通过能耗分
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