用于水处理产业的云端智能节电系统的制作方法

本发明涉及一种用于水处理产业的云端智能节电系统，特别涉及一种能够经云端数据统计分析进而降低耗电机电设施的耗能量、以达到节能目的的云端智能节电系统。

背景技术：

近年来，由于环保意识抬头，对于工业废弃物及民生废弃物的处理或再利用，格外地受到广大民众的重视。例如：废气、废水、固体废弃物或者毒性化学品等众多废弃物质的处理、处置等之中，工业用水、排放水或民生有关的废水处理是相当重要的一环，如果待处理水没有经过适当的处理就随意排放，不仅危害自然界的生态失衡，而且也可能破坏水资源造成民生用水的匮乏不足，甚至在极短期间内就会对整个环境产生相当大的威胁与破坏。

然而为了保持水中水质，故必须使用不同的耗电机电设施，来对水质进行处理，以污水来讲，必须先通过微生物处理并降低化学需氧量后，则再经过滤、杀菌等过程达到排放标准值后，才能够排放运用于不同用途，故上述过程中所使用的耗电机电设施(污水进流泵、污水循环泵、污泥回流泵、污水放流泵、搅拌机、鼓风机、表面曝气机等)就非常重要，因此对于厂商来讲，长时间最高效率运转上述的耗电机电设施，则必然能够达到排放标准值，但如此没有控制的运作耗电机电设施，其耗电量是非常庞大的，故若能够改善上述情况，以节省电量的过度损耗，将对于环保有很大的帮助。

而为了达到节省电量的过度损耗的目的，若能够先通过数据收集及统计分析，进行分析找出维持符合排放标准值的标准下，耗电机电设施最低能够降低的运转状态，如此将能够使耗电机电设施不需处于长时间最高效率运转，但也能够符合排放标准要求，将能够有效的降低耗电量，因此本发明应为一最佳解决方案。

技术实现要素：

本发明应用于水处理产业的云端智能节电系统，包括：一云端智能平台，至少包括一前端应用伺服模块，用以与外部设备进行连接，其中该前端应用伺服模块能够接收不同外部设备的设备运转参数及至少一种水处理感测参数，而该设备运转参数至少包括有一单机运转功率；一数据收集储存数据库模块，与该前端应用伺服模块进行连接，用以能够储存该前端应用伺服模块所接收的设备运转参数；一大数据统计分析模块，与该数据收集储存数据库模块相连接，用以能够将设备运转参数及该水处理感测参数进行统计分析，以分析出所有设备运转参数的关联性，并再将分析后的统计分析结果储存于该数据收集储存数据库模块中；一节能标准调整模块，与该大数据统计分析模块相连接，以分析后的统计分析结果及一水处理排放标准数据，进行判断水处理感测参数保持于水处理排放标准数据的基准，并借此设定出一设备节能运转标准值，并能够依据该设备节能运转标准值进行调整不同外部设备的设备运转参数；一能源基线建立模块，与该前端应用伺服模块相连接，能够将不同外部设备于一段时间运转的单机运转功率进行纪录，并将所有纪录的单机运转功率进行平均取得一单机运转平均功率，并将单机运转平均功率乘上不同外部设备的当天运转时数，则能够取得不同外部设备的能源基线值；一节电效率计算及比较模块，与该前端应用伺服模块、节能标准调整模块及该能源基线建立模块相连接，用以能够将能源基线值与不同外部设备调整后累积的单机运转功率进行比较以产生出一调整后的节能效益数据；至少一个水处理厂，至少包括一个以上的外部设备，而该外部设备至少包括有一变频器及一与该变频器电性连接的耗电机电设施；一网络模块，能够通过一有线网络或是一无线网络与该云端智能平台连接，而该水处理厂能够通过该网络模块与该云端智能平台进行双向/单向数据传输；一主要可程序逻辑控制器，与所有的外部设备电性连接，其中该主要可程序逻辑控制器用以传送一控制指令到不同外部设备的变频器，而该变频器能够依据该控制指令提供该耗电机电设施进行降速运转所需电能，且该主要可程序逻辑控制器能够监测不同外部设备的设备运转参数、并能够将该设备运转参数通过该网络模块传送至该云端智能平台；以及多种传感器模块，能够进行监测该水处理厂内的水处理感测参数，并能够将该水处理感测参数传送至该云端智能平台。

更具体的说，所述前端应用伺服模块还能够进行身份验证处理，并于完成身份验证处理后，则能够接收不同外部设备的设备运转参数及至少一种水处理感测参数。

更具体的说，所述设备运转参数至少能够为变频器负载侧输出频率、变频器指令频率、变频器负载侧输出电流、变频器负载侧输出电压、变频器内部dcbus的电压值、目前耗电机电设施所处的运作条件、变频器故障代码、转矩电流、变频器内部功率模块运作温度、负载电机马达的电压和电流相角差或是变频器内部dcbus涟波电压等。

更具体的说，所述前端应用伺服模块也能够输出至少一个的控制指令至该外部设备，以依据该设备节能运转标准值进行调整不同外部设备的设备运转参数。

更具体的说，所述云端智能平台还包括有一与该数据收集储存数据库模块及该节电效率计算及比较模块相连接的计费管理模块，该计费管理模块能够设定出一计费标准，而该计费标准能够依据不同的节能效益数据进行收费调整。

更具体的说，所述云端智能平台还包括有一与该数据收集储存数据库模块相连接的图表产出模块，该图表产出模块用以能够将设备运转参数、水处理感测参数或/及统计分析结果以图表方式输出。

更具体的说，所述云端智能平台还包括有一与该数据收集储存数据库模块相连接的监控告警模块，用以针对所有类型的设备运转参数进行设定监控上限值/监控下限值，并判断该设备运转参数超出监控上限值或监控下限值范围时，则能够进行告警通知。

更具体的说，所述云端智能平台还包括有一巡检模块，该巡检模块用以提供一与该前端应用伺服模块相连接的巡检系统接口，而一维运人员能够以一电子装置登入该巡检系统接口中，并依据该巡检系统接口进行维运稽核作业。

更具体的说，所述水处理厂能够为一污水处理厂或是一净水处理厂。

更具体的说，所述外部设备的耗电机电设施为污水进流泵、污水循环泵、污泥回流泵、污水放流泵、搅拌机、鼓风机、表面曝气机、清水抽水泵或清水加压泵。

更具体的说，所述水处理厂还包括有一控制装置，该控制装置内建有一操作接口，而该操作接口用以能够进行控制该水处理厂内的外部设备的设定，以能够直接于该水处理厂内进行输入控制指令，以对该外部设备进行控制与调整。

更具体的说，所述水处理厂还包括有一与该主要可程序逻辑控制器电性连接的备用可程序逻辑控制器，该备用可程序逻辑控制器用以支持该主要可程序逻辑控制器，而该主要可程序逻辑控制器发生故障时，能够自动备援切换至该备用可程序逻辑控制器。

更具体的说，所述水处理厂还包括有一监测及告警模块，该监测及告警模块用以监控该外部设备、主要可程序逻辑控制器及传感器模块的运作状态，并能够依据运作状态进行启动备用设备或是进行告警处理。

更具体的说，所述外部设备的变频器为低压变频器或是中压变频器。

更具体的说，所述传感器模块至少能够为液位传感器、溶氧传感器、悬浮物传感器、酸碱值传感器、化学需氧量传感器、流量传感器、压力传感器或温度传感器等。

附图说明

图1为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的整体架构示意图。

图2为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的云端智能平台的内部架构示意图。

图3为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的水处理厂的内部架构示意图。

图4为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的故障排除流程示意图。

图5a为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的曝气池溶氧变动状态示意图。

图5b为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的曝气池溶氧变动状态示意图。

图6a为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的节能效益实施示意图。

图6b为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的节能效益实施示意图。

图6c为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的节能效益实施示意图。

图6d为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的节能效益实施示意图。

图6e为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的节能效益实施示意图。

附图标记说明

1-云端智能平台

101-前端应用伺服模块

102-数据收集储存数据库模块

103-大数据统计分析模块

104-节能标准调整模块

105-能源基线建立模块

106-节电效率计算及比较模块

107-计费管理模块

108-图表产出模块

109-监控告警模块

110-巡检模块

2-水处理厂

21-外部设备

211-变频器

212-耗电机电设施

22-网络模块

23-主要可程序逻辑控制器

24-传感器模块

25-控制装置

26-备用可程序逻辑控制器

27-监测及告警模块

具体实施方式

有关于本发明其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

请参阅图1～图3，为本发明的用于水处理产业的云端智能节电系统的整体架构示意图、云端智能平台的内部架构示意图及水处理厂的内部架构示意图，由图中可知，该用于水处理产业的云端智能节电系统包括有一云端智能平台1及至少一个水处理厂2。

其中该云端智能平台1包括一前端应用伺服模块101、一数据收集储存数据库模块102、一大数据统计分析模块103、一节能标准调整模块104、一能源基线建立模块105、一节电效率计算及比较模块106、一计费管理模块107、一图表产出模块108、一监控告警模块109、一巡检模块110。

其中该前端应用伺服模块101用以与水处理厂2的外部设备21进行连接，该前端应用伺服模块101能够接收水处理厂2的不同外部设备21的设备运转参数及至少一种水处理感测参数，而该设备运转参数为：

(1)单机运转功率(变频器负载侧输出功率kw值)；

(2)变频器负载侧输出频率；

(3)变频器指令频率；

(4)变频器负载侧输出电流；

(5)变频器负载侧输出电压；

(6)变频器内部dcbus的电压值；

(7)目前耗电机电设施所处的运作条件(运转/顺向/加速/减速)；

(8)变频器故障代码；

(9)转矩电流(torquecurrent)；

(10)变频器内部功率模块运作温度；

(11)负载电机马达的电压和电流相角差；

(12)变频器内部dcbus涟波电压(ripplevoltage)。

而该前端应用伺服模块101主要是接收个人计算机/笔电的网页应用程序、手持装置的网页应用程序、节能案场plc(主要可程序逻辑控制器23)通过网络模块22定期上传各节能标的(耗电机电设施212)的相关运转参数或节能案场展示系统所上传的服务请求，并会先针对服务请求者进行身份验证程序以确认合法用户，而该前端应用伺服模块101能够于完成身份验证程序后，将通过验证程序的服务流依据相关工作属性进行任务分派作业。

另外该前端应用伺服模块101也能够输出至少一个的控制指令至该外部设备21，以依据一设备节能运转标准值进行调整不同外部设备21的设备运转参数。

其中该数据收集储存数据库模块102用以能够储存该前端应用伺服模块101所接收的设备运转参数，而该大数据统计分析模块103用以能够将设备运转参数及该水处理感测参数进行统计分析，以分析出所有设备运转参数的关联性，并再将分析后的统计分析结果储存于该数据收集储存数据库模块102中。

而该大数据统计分析模块103所使用的分析方式为参数趋势分析、参数交叉分析、参数关联性分析等基本分析功能，之后更能够借助长期大数据累积逐渐形成一节能专家系统，并通过所形成的节能专家系统来进一步提供投资节能标的维修/更新决策建议、预知保养维护建议、最佳运转优化建议等相关专家建议。

其中该节能标准调整模块104以分析后的统计分析结果及一水处理排放标准数据，进行判断出要使该水处理感测参数保持于最低标准的情况下，要如何来设定设备运转参数，故判断后所设定所有的设备运转参数则储存为一设备节能运转标准值，故能够依据该设备节能运转标准值进行调整不同外部设备的设备运转参数。

其中该能源基线建立模块105能够将不同外部设备于一段时间运转的单机运转功率进行纪录，并将所有纪录的单机运转功率进行平均取得一单机运转平均功率，并将单机运转平均功率乘上不同外部设备的当天运转时数，则能够取得不同外部设备的能源基线值。

而本发明所提的能源基线是指作为能源绩效比较基准的量化参考线，以水处理来讲，能源基线是指针对污水处理厂或是净水处理厂内各别外部设备21的耗电机电设施212进行预先监测，而基于污水处理厂或是净水处理厂的各节能标的(外部设备21)每日运转时间不定，其取决于当日污水量、水质、排放指标、天候等因素作实时调控。

更由于节能系统运作需满足污水厂操作条件前提下，将以节能改善前单机运转功率kw值作为能源基线，再依据云端智能平台1每分钟上传记录的改善后单机运转功率kw值及相关运转时间以计算每日节电效益kwh值。

其中该节电效率计算及比较模块106用以能够将能源基线值与不同外部设备21调整后累积的单机运转功率进行比较以产生出一调整后的节能效益数据，而该计费管理模块107能够设定出一计费标准，其中该计费标准能够依据不同的节能效益数据进行收费调整。

由于该计费管理模块107主要是进行月结算节电效益、当月台电电价费率及节能服务合约节电效益分配比例，并产出不同水处理厂2的客户的节能服务计费月账单，作为当月节能服务收费依据。以下将逐项说明：

(1)节电效益计算：依ipmvpoptiona国际节能绩效量测&验证协议，双方共同测量确认各节能标的(耗电机电设施212)改善前电机运转功率kw值，作为建立能源基线依据，其中该计费管理模块107主要是根据该数据收集储存数据库模块102所记录各节能标的改善后电机运转功率kw值、节能标的(耗电机电设施212)运转时间，计算节能标的(耗电机电设施212)改善前电机运转功率kwh值及改善后电机运转功率kwh值，最后将两者相减即为节电效益kwh值。

(2)电价费率登录：将依据不同水处理厂2客户的台电计费账单进行设定，可为高压二段式电价(离峰电价、尖峰电价)、高压三段式电价(离峰电价、半尖峰电价、尖峰电价)或依据双方合约实行平均电价方式计费。

(3)分配比例设定：依据双方服务合约节电效益分配比例，该计费管理模块107将节电效益kwh值参照电价费率计算节电效益所产生的金额，再依据分配比例产出节能服务当月计费账单，而分配比例将取决于整体财务计划分析，例如能够损益两平前8:2分配，损益两平后逐步由8:2分配转为7:3、6:4、5:5分配等分配比例。

其中该图表产出模块108用以能够将设备运转参数、水处理感测参数或/及统计分析结果以图表方式输出，因此能够通过该图表产出模块108提供节能案场(水处理厂2)依年度/季度/每月/每周的统计图表输出，而图表能够为耗能分布统计图表、节电效益统计图表、耗能趋势图表、运转参数趋势图表，另外该图表产出模块108还能够配合该大数据统计分析模块103输出参数趋势分析、参数交叉分析、参数关联性分析等相关多重y轴图表。

其中该监控告警模块109用以针对所有类型的设备运转参数进行设定监控上限值/监控下限值，并进行监控该设备运转参数是否有超出监控上限值或监控下限值范围，由于该监控告警模块109依能够进行设定告警通知名单，故当监控运转参数有超出监控上限值或监控下限值范围时，则会通过电子邮件实时通知告警通知名单中的客户人员。

而关于监控运转参数所设定的监控上限值/监控下限值，该监控告警模块109能够区分监控上限值/监控下限值变动范围，并分别定义：严重告警(criticalalarm)/重要告警(majoralarm)/次要告警(minoralarm)的监控范围，并依据告警发生严重程度通知对应的案场客户人员、节能系统维护人员及系统管理者；另外其中对于次要告警的长期性数据统计，将能作为该大数据统计分析模块103发展出该节能专家系统的预知保养维护建议的参考指标。

其中该巡检模块110用以提供一巡检系统接口，而一维运人员能够以一电子装置登入该巡检系统接口中，并依据该巡检系统接口进行维运稽核作业，该巡检模块110能够通过各节能标的(耗电机电设施212)控制电盘内预置的qrcode，并通过手机或平板qrcode扫描登入巡检系统画面，进而取得控制电盘内原始设计电路图资及电盘建置材料bom表。

而该巡检系统画面将有助于节能系统维运人员执行到站维护作业、例行资产盘点作业，并能登录维运人员到站时间，以方便节能系统维运稽核作业。此外，该巡检模块110须能提供以下异动管理机制：

(1)节能标的(耗电机电设施212)电机增/减异动；

(2)原始设计电路图资更新异动；

(3)电盘建置材料bom表更新异动；

(4)系统维运人员异动。

而该水处理厂2为一污水处理厂或是一净水处理厂，该水处理厂2包括一个以上的外部设备21、一网络模块22、一主要可程序逻辑控制器23、多种传感器模块24、一控制装置25、一备用可程序逻辑控制器26及一监测及告警模块27。

其中该外部设备21至少包括有一变频器211及一与该变频器电性连接的耗电机电设施212，而该外部设备的变频器为低压变频器(低压是指220～480v)或是中压变频器(中压是指3.3～13.8kv)，且该耗电机电设施212为污水进流泵、污水循环泵、污泥回流泵、污水放流泵、搅拌机、鼓风机、表面曝气机、清水抽水泵或清水加压泵。

其中该网络模块22，能够通过一有线网络(adsl专线电)或是一无线网络(3g/4g无线网络带宽)与该云端智能平台1连接，而该水处理厂2能够通过该网络模块22与该云端智能平台1进行双向/单向数据传输。

其中该主要可程序逻辑控制器23与所有的外部设备21电性连接，其中该主要可程序逻辑控制器23用以传送一控制指令到不同外部设备21的变频器211，而该变频器211能够依据该控制指令提供该耗电机电设施212进行降速运转所需电能，且该主要可程序逻辑控制器23能够定期监测不同外部设备21的设备运转参数、并能够将该设备运转参数通过该网络模块22传送至该云端智能平台1以进行大数据统计分析。

其中该传感器模块24能够进行监测该水处理厂2内的水处理感测参数，并能够将该水处理感测参数通过该主要可程序逻辑控制器23传送至该云端智能平台1，其中该传感器模块24能够为液位传感器、溶氧(do)传感器、悬浮物(ss)传感器、酸碱值(ph)传感器、化学需氧量(cod)传感器、流量传感器、压力传感器、温度传感器。

其中该控制装置25内建有一操作接口，而该操作接口用以能够进行控制该水处理厂2内的外部设备21的设定，以能够直接于该水处理厂2内进行输入控制指令，以对该外部设备21进行控制与调整，另外该控制装置25除了能够进行节能系统控制逻辑与控制参数设定及修改操作接口之外，也能够作为节能系统运作的状态监控显示系统。

其中该备用可程序逻辑控制器26能够用以支持该主要可程序逻辑控制器23，而该监测及告警模块27则能够进行监控该外部设备21、主要可程序逻辑控制器23及传感器模块24的运作状态，并能够依据运作状态进行启动备用设备26或是进行告警处理，而该监测及告警模块27的故障排除流程如图4所示，流程说明如下：

(1)通过该监测及告警模块27进行监控程序401，先进行判断传感器是否有故障402，若是判断有故障，则控制该plc(主要可程序逻辑控制器23)设定变频器211进入定频运转模式403，并同时发出系统维护告警信息404；

(2)再判断plc(主要可程序逻辑控制器23)是否有故障405，若判断plc(主要可程序逻辑控制器23)发生故障时，plc(主要可程序逻辑控制器23)将自动切换至备援机组(备用可程序逻辑控制器26)406，并同时发出系统维护告警信息407；

(3)再判断变频器211是否有故障408，若是变频器211发生故障时，plc(主要可程序逻辑控制器23)将启动变频器211进入旁通运作模式(bypassoperationmode)409，并同时发出系统维护告警信息410；

(4)最后再判断外部设备21的耗电机电设施212是否有故障411，若是耗电机电设施212发生故障时，plc(主要可程序逻辑控制器23)将启动备用电机412，并同时发出系统维护告警信息413。

如图5a及图5b所示，则是不同曝气池于4/1～4/6的溶氧数据，一般来说，污水厂生物曝气池所需溶氧约1mg/l，但由图5a及图5b可知，凡假日或连续假日期间(4/1～4/6)，曝气池溶氧值竟高达7～9mg/l，其肇因于假日污水量减量但曝气机仍高效率运转，故污水停留时间加长且明显过度曝气所致，因此若能够降低曝气机的运转，使其维持于溶氧约1mg/l，将能够使曝气机不需继续高效率运转，而曝气机进行降载运转的情况下，将能够扩大其节电效益。

而本发明针对污水厂的100hp鲁氏鼓风机进行节电效益的说明，如图6a～图6e所示，但节能改善之前，必须进行100hp鲁氏鼓风机改善前60hz单机运转功率kw值量测为53.5kw，关于节能改善前的能源基线(kwh)，则必须将53.5kw乘上当天运转时数，以取得当天的能源基线。

而通过修改设备运转参数后，4月份及4/12所监测取得的单机运转功率kw值如图6b所示，而4/12云端纪录所监测取得的详细单机运转功率kw值如图6c所示，因此，云端计算节电效益时，必须以当日云端每分钟收集储存的节能改善后(实际单机运转功率kw值)乘1/60(因每分钟纪录一次)，再依当天运转时间累计加总，获得节能改善后运转kwh，运算如下：

(37.4+37.1+37.1+37.2+37+37.3+…+37.6)kw*(1/60)h＝904.1kwh除此之外，云端还需要运算4/12当天的改善前能源基线(kwh)，运算如下：

53.5kw*[(538+900)/60]h＝1282.2kwh

另外，若整厂有多处节能标的(耗电机电设施212)时，则需计算加总各标的改善前能源基线kwh及运转功率kw值，进而算出改善前整厂能源基线kwh及整厂运转功率kw值，而该节电效率计算及比较模块106将于每天凌晨12:00过后，依据改善前能源基线kwh减去当日实际运转kwh来结算当天所节省下的能量，然而节省下的能量并非一定是以整天的形式呈现，则是每一天的实际运转kwh与改善前能源基线kwh的差异图，如图6a图所示。

而当计算出4/12的实际运转kwh与改善前能源基线kwh的差异后，如图6d图所示，则能够将节能度数运算出来，并依照电费标准换算出电费，并能够将4月分所有的节能度数运算出来并累积后，其数据则能够显示如图6e图所示。

本发明所提供的用于水处理产业的云端智能节电系统，与其他现有技术相互比较时，其优点如下：

(1)本发明能够先通过数据收集并统计分析后，进行分析找出维持最基本排放标准值的标准下，耗电机电设施最低能够降低的运转状态，如此将能够使耗电机电设施不需处于长时间最高效率运转，但也能够维持最基本排放的标准要求，将能够有效的降低耗电量。

本发明已通过上述的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此一技术领域具有通常知识者，在了解本发明前述的技术特征及实施例，并在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求书所界定为准。