TW201310260A - 空壓機操作預測管理方法 - Google Patents

空壓機操作預測管理方法 Download PDF

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TW201310260A TW100129249A TW100129249A TW201310260A TW 201310260 A TW201310260 A TW 201310260A TW 100129249 A TW100129249 A TW 100129249A TW 100129249 A TW100129249 A TW 100129249A TW 201310260 A TW201310260 A TW 201310260A
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Abstract

本發明係提供一種空壓機操作預測管理方法,適用於根據空氣溫濕度感測器歷史資料及空壓機運轉資料的預測管理,其方法係包括下列步驟:讀取溫濕度感測器測量結果;每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器;判斷是否需要進行空壓機供氣量預測,若否,則進入上述每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器;若是,則依使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料;數學演算模組建構計算模型;預測未來一段時間的空氣溫濕度狀態;建立空壓機計算模型,此步驟係配合空壓機運轉資料達成;推算未來一段時間空壓機的供氣量。藉此,配合相同生產排程的壓縮空氣需求資料及空壓機運轉耗能特性資料,可預先知道近期數日的能源需求量及耗能成本,以備其購買需求的能源量及事先排定設備維修保養時間,具節能減碳及提昇其應用範疇與便利效能,實符合新穎、進步性、產業上利用及突破性者。

Description

空壓機操作預測管理方法
本發明係有關一種預測管理方法,特指一種能利用空氣溫度及濕度的歷史量測資料,分析溫濕度變化趨勢,預測未來一段時間內空氣温、濕度,推測空壓機的供氣量,配合空壓機管理操作,可達到設備維護、保養、耗能管理之空壓機操作預測管理方法。
按一般在工廠中空壓機的運用相當頻繁,舉凡用於日常生活中之充氣或者應用於工業如:電子、化工、食品、紡織或其他等各種產業,因此,空壓機的操作方式對於工廠的能源運用影響重大。但以往空壓機操作管理為確保製程的穩定,只要提供充足及穩定的壓縮空氣即可,往往提供過量的壓縮空氣,這意指同一時間內啟動太多部空壓機,使空壓機常常處於空轉或低負載的狀態,造成能源的浪費。少數具備節能概念者,雖然會依據工廠內壓縮空氣需求量,操作各空壓機的運轉狀況,卻未考慮空壓機的運轉特性。而空壓機運轉特性受入口空氣特性影響(參閱第一圖),相同質量的空氣,在不同溫度及溼度狀態下,體積大小會改變,如第一圖中之A、B、C係分別代表不同空氣的溫度、濕度狀態下,同一台空壓機的特性曲線。在相同壓縮空氣出口壓力p2、不同入口空氣狀態時,同一台空壓機的供氣量會有所差異。若未能預先得知空氣特性的變化趨勢,即可能造成操作管理失準,未能達到供需平衡及節能的目的,此乃先前技術極需突破之處。本發明人以此點為考量進行設計,終成一能突破傳統習用的管理方法範疇,可預先知道近期數日的能源需求量及耗能成本,以備其購買需求的能源量及事先排定設備維修保養時間,具節能減碳及提昇其應用範疇與便利效能。
為解決上述之現有技術不足之處,本發明目的在提供一種於方法上改良之空壓機操作預測管理方法,以期克服現有技術中之難處。該方法利用空氣溫度及溼度的歷史量測資料,分析溫溼度變化趨勢,預測未來一段時間內之空氣溫、溼度,推測空壓機的供氣量。配合預測所得空氣需量,進行系統操作管理,可達到最佳之供需平衡,提供剛好足夠之空氣量(Energy on Demand),又能讓線上的空壓機保持在效率表現良好的全載運轉狀態,同時減少設備損耗,達到節能及降低保修費用的目的。
本發明所欲解決之問題,係由於以往空壓機操作管理為確保製程的穩定,只提供充足及穩定的壓縮空氣,往往在同一時間內啟動太多部空壓機,使空壓機常常處於空轉或低負載的狀態,造成能源的浪費及提供過量的壓縮空氣。少數具備節能概念者,雖然會依據工廠內壓縮空氣需求量,操作各空壓機的運轉狀況,但卻未考慮空壓機的運轉特性,以致造成操作管理失準及未能達到供需平衡及節能的目的。
為達上述之目的,本發明係提供一種空壓機操作預測管理方法,其方法歩驟包括:
一、讀取温濕度感測器測量結果;
二、每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器;
三、判斷是否需要進行空壓機供氣量預測,如果上述若否進行空壓機供氣量預測,則進入上述每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器;
四、如果上述若是進行空壓機供氣量預測,則依使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料;
五、數學演算模組建構計算模型;
六、預測未來一段時間的空氣溫濕度狀態;
七、建立空壓機計算模型,此步驟係配合空壓機運轉資料達成;
八、推算未來一段時間空壓機的供氣量。
較佳者,本發明其上述步驟一之讀取温濕度感測器測量結果,係利用溫度、濕度感測器,測量該空壓機空氣入口之空氣溫度、濕度。
較佳者,本發明其上述步驟四之如果上述若是進行空壓機供氣量預測,則依使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料,其抓取的資料數量,視使用者的設定及資料記錄器記憶體大小,其係可為前一天、前幾天或前一個月的測量資料。
較佳者,本發明其上述步驟七之空壓機運轉資料,包括空壓機供氣量及同一時刻的空壓機空氣入口之空氣溫、濕度。
更進一步,本發明該步驟五之利用數學演算模組建構計算模型之建構方法,其方法步驟包括:
一、輸入資料;
二、判斷資料完整性;如果上述輸入資料不完整,則進入填補缺失資料,並回至判斷資料完整性;
三、如果上述輸入資料完整,則進入選擇預測模式;
四、該選擇預測模式選擇性包括有一預測下個時間點及一預測下個週期(天);
五、上述步驟四之預測下個時間點係透過最小平方法建立自我迴歸模型;
六、上述步驟四之預測下個週期(天)則透過差分與最小平方法建立自我迴歸模型;
七、將上述步驟五、六分別輸出計算結果。
較佳者,本發明其上述步驟二之填補缺失資料,係選擇性利用內插法或歷史資料來達成。
而藉本發明之空壓機供氣容量計算結果,配合相同生產排程的壓縮空氣需求資料及空壓機運轉耗能特性資料,可預先知道近期數日的能源需求量及耗能成本,以備其購買需求的能源量及事先排定設備維修保養時間,具節能減碳及提昇其應用範疇與便利效能。
為利 貴審查員瞭解本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效,茲將本發明配合附圖,並以實施例之表達形式詳細說明如下,而於文中所使用之圖式,其主旨僅為示意及輔助說明書之用,未必為本發明實施後之真實比例與精準配置,故不應就所附之圖式的比例與配置關係侷限本發明於實際實施上的專利範圍,合先敘明。
請參閱第二圖所示,係為本發明系統配置圖,本發明為達成該空壓機操作預測管理方法,該系統於一較佳之實施例,係包括:一温度感測器101、一濕度感測器102、至少一空壓機100、一儲氣桶107、一壓力計103。
前述之温度感測器101,係設於空氣入口1001之入口處,以提供測量空氣入口1001其空氣之温度特性。
前述之濕度感測器102,係設於温度感測101之後方,以提供量測空氣入口1001其空氣之濕度特性。
前述之至少一空壓機100,係設於濕度感測器102之後方,於本實施該空壓機100其數目為三台,但並不以此限制本發明,其亦可為任何數目台數,都屬本發明的保護範圍。
前述之儲氣桶107,係設於至少一空壓機100之後方,該儲氣桶107係提供空壓機100之壓縮空氣儲存者。
前述之一壓力計103,與儲氣桶107連接,以量測空壓機100之出口空氣壓力。
敬請參閱第三圖、第四圖所示,係為本發明空壓機操作預測管理方法流程圖、本發明數學演算模組建構計算模型之建構流程圖,由於本發明係適用於根據空氣温度感測器101及濕度感測器102歷史資料及空壓機100運轉資料的預測管理,而於空氣入口1001處分別設有提供温濕度資料之温度感測器101及濕度感測器102,而於儲氣桶107處,則設有提供量測空壓機100之出口空氣壓力之壓力計103,係包括下列步驟:
一、讀取温濕度感測器測量結果1,而該讀取温濕度感測器測量結果1,係利用溫度、濕度感測器101、102,測量該空壓機空氣入口1001之溫度、濕度;
二、每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器2,而該時間之設定係依使用者的需求設定,於本實施例該時間之設定係可為每15分,但並不以此限制本創作,其亦可為各種時間之設定,都屬本發明的保護範圍;
三、判斷是否需要進行空壓機供氣量預測3,如果上述若否進行空壓機供氣量預測,則進入上述每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器2;
四、如果上述若是進行空壓機供氣量預測,則依使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料4,至於,使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料4的數量,完全要視使用的需要及資料記錄器的記憶體大小,其係可為前一天、前幾天或前一個月的資料測量數量,例如:抓取前三天每15分鐘的溫度歷史資料,準備進行未來一天溫度變化的預測;例如:抓取前三天每15分鐘的濕度歷史資料,準備進行未來一天濕度的預測;
五、數學演算模組建構計算模型5;
六、預測未來一段時間的空氣溫濕度狀態6,例如:未來一天每15分鐘的溫度變化,例如:未來一天每15分鐘的濕度變化,但並不以此限制本發明,其亦可為各種一段時間,都屬本發明的保護範圍;
七、建立空壓機計算模型7,而此步驟係配合空壓機運轉資料70達成,即該建立空壓機計算模型7係利用預測未來一段時間的空氣温濕度狀態6及空壓機之前的空壓機運轉資料70,包括空壓機供氣量及同一時刻的空壓機空氣入口1001之空氣溫、濕度;
八、推算未來一段時間空壓機的供氣量8,該推算未來一段時間空壓機的供氣量8,例如未來一天每15分空壓機10供氣量的變化。
又由於一天當中,依時間之不同,空氣溫度與相對濕度會有所變化,也使得空壓機100供氣量也會一起作改變,但一般說來,每天溫、濕度的變化情形為週期性的變化,因此,由空氣入口1001處藉由温度感測器101、濕度感測器102所測量結果,即上述步驟一之讀取温濕度感測器測量結果1,依據之前幾天的溫度及相對濕度資料,即上述步驟四依使用者設定進入資料記錄抓取需求的歷史資料4,再經過如上述步驟五之數學演算模組建構計算模型5後,就可進行當天溫度及相對濕度的預測,也就是上述步驟六之預測未來一段時間的空氣温濕度狀態6,並且推算出空壓機100的供氣量,即上述步驟八之推算未來一段時間空壓機的供氣量8。
更進一步,本發明上述空壓機操作預測管理方法之步驟五之數學演算模組建構計算模型5其建構方法步驟亦包括:
一、輸入資料51,例如前三天的溫、濕度歷史資料後;
二、判斷資料完整性52,如果上述輸入資料不完整,則進入填補缺失資料53,並回至判斷資料完整性52之步驟,至於該填補缺失資料53,係選擇性利用內插法或歷史資料來填補遺漏的資料之填補缺失資料53來達成,有關該判斷確定資料完整性52,例如資料間隔時間被設定為15分鐘,則必須有每小時4筆資料×24小時×3天=288筆,如此資料才算完整;
三、如果上述輸入資料完整,則進入選擇預測模式54;
四、該選擇預測模式54係選擇性包括有一預測下個時間點541及一預測下個週期(天)543,但並不以此限制本發明,其亦可為各種預測時間模式,都屬本發明的保護範圍,而該下個時間點541,例如未來15分鐘,而下個週期(天)543,例如未來一天;
五、上述步驟四之預測下個時間點541係透過最小平方法建立自我迴歸模型542,又在迴歸模型中,估計值與實際觀測值愈接近愈好,最小平方法的目的在於尋找一組參數解,這組參數能使估計值與同一時刻的實際觀測值,兩者的差之平方和最小,透過這組參數與歷史觀測資料便可以計算出新的估計值,此組參數解可以透過正規方程式求得;
六、上述步驟四之預測下個週期(天)543則透過差分與最小平方法建立自我迴歸模型544;至於差分係為任意兩個資料點的差,可用作消除資料遞增或遞減的趨勢及週期性的規律,將非平穩的資料轉換成平穩的資料,選擇週期性的預測模式時,因為資料週期性是在建立計算模型時不希望見到的,故用差分法消除其週期性;而迴歸模型中,估計值與實際觀測值愈接近愈好,最小平方法的目的在於尋找一組參數解,這組參數能使估計值與同一時刻的實際觀測值,兩者的差之平方和最小,透過這組參數與歷史觀測資料便可以計算出新的估計值,此組參數解可以透過正規方程式求得;
七、將上述步驟五、六分別輸出計算結果55。
敬請參閱第五圖所示係為本發明利用第三圖中的數學演算模組建構計算模型進行空氣溫度預測的實施例圖,圖中虛線為某個工廠之空壓機系統的入口空氣温度連續兩天的實際測量資料56,利用該入口空氣温度連續兩天的實際測量資料56第一天的資料,透過數學演算模組建構計算模型5預測第二天的温度變化,其結果為預測資料57,之後與入口空氣温度連續兩天的實際測量資料56第二天的溫度實際量測結果進行比較;本發明依使用者設定及資料記錄器的記憶體大小,數學演算模組可使用前一天、前幾天或一個月的資料進行計算,同理,空氣相對濕度亦使用相同的做法進行預測。
敬請參閱第六圖所示為本發明利用第三圖中的推算未來一段時間空壓機的供氣量變化結果圖,其中第六圖中下方曲線為數學演算模組建構計算模型5之預測未來一段時間的空氣温濕度狀態6的溫度預測計算結果81,而最上方之曲線為數學演算模組建構計算模型5之濕度預測計算結果82,利用數學演算模組建構計算模型之溫度預測計算結果81及數學演算模組建構計算模型5之濕度預測計算結果82配合包括空壓機100供氣量及同一時刻的空氣温、濕度之空壓機運轉資料70而建立空壓機計算模型7,推算未來一段時間空壓機的供氣量8之變化之空壓機供氣量預測計算結果83。
而藉此設計,本發明可以將預測空氣的溫、濕度,推算空壓機10的出氣量,另外配合相同生產排程的壓縮空氣需求資料,空壓機操作管理就能事前為使用者提供操作建議,給予使用者充裕的反應時間,易於工廠內設備保養及維護的工作,同時,若有足夠的空壓機100運轉資料,還可以預測近期數日的能源需求量及工廠內的耗能成本,以備其購買需求的能源量及事先排定設備維修保養時間,具節能減碳及提昇其應用範疇與便利效能,實符合新穎、進步性、產業上利用及突破性者。
綜觀上述所知,本發明在突破先前之製造技術和結構之困難,並且確實已達到所欲增進之功效,且也非所熟悉之已知技術和工藝者所易思及之加工過程,再者,本發明申請前都未曾公開或發表,其所具有之新穎性、進步性、創新性,顯已符合國內、外之發明專利的申請要件,爰依法提出發明申請,懇請 貴局核准本件發明專利申請案,以勵發明,至感德便。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點,其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據此實施,當不能以此限定本發明之專利範圍,即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾,仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
100...空壓機
1001...空氣入口
1002...使用端
101...溫度感測器
102...濕度感測器
103...壓力計
107...儲氣桶
1...温濕度感測器測量結果
2...每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器
3...是否需要進行空壓機供氣量預測
4...依使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料
5...數學演算模組建構計算模型
51...輸入資料
52...確定資料完整性
53...填補缺失資料
54...選擇預測模式
541...預測下個時間點
542...透過最小平方法建立自我迴歸模型
543...預測下個週期(天)
544...透過差分與最小平方法建立自我迴歸模型
55...輸出計算結果
56...實際測量資料
57...預測資料
6...預測未來一段時間的空氣溫濕度狀態
7...建立空壓機計算模型
70...空壓機運轉資料
8...推算未來一段時間空壓機的供氣量
81...温度預測計算結果
82...濕度預測計算結果
83...空壓機供氣量預測計算結果
第一圖:為不同入口空氣特性下之空壓機特性圖。
第二圖:為本發明系統配置圖。
第三圖:為本發明空壓機操作預測管理方法流程圖。
第四圖:為本發明數學演算模組建構計算模型之建構流程圖。
第五圖:為本發明利用第三圖中的數學演算模組建構計算模型進行空氣溫度預測的實施例圖。
第六圖:為利用第三圖中的推算未來一段時間空壓機的供氣量變化結果圖。
1...讀取温濕度感測器測量結果
2...每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器
3...是否需要進行空壓機供氣量預測
4...依使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料
5...數學演算模組建構計算模型
51...輸入資料
52...確定資料完整性
53...填補缺失資料
54...選擇預測模式
541.,.預測下個時間點
542...透過最小平方法建立自我迴歸模型
543...預測下個週期(天)
544...透過差分與最小平方法建立自我迴歸模型
55...輸出計算結果
6...預測未來一段時間的空氣溫濕度狀態
7...建立空壓機計算模型
70...空壓機運轉資料
8...推算未來一段時間空壓機的供氣量

Claims (6)

  1. 一種空壓機操作預測管理方法,其方法步驟包括:一、讀取温濕度感測器測量結果;二、每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器;三、判斷是否需要進行空壓機供氣量預測,如果上述若否進行空壓機供氣量預測,則進入上述每隔一段時間將測量結果儲存於資料記錄器;四、如果上述若是進行空壓機供氣量預測,則依使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料;五、數學演算模組建構計算模型;六、預測未來一段時間的空氣溫濕度狀態;七、建立空壓機計算模型,該步驟係配合空壓機運轉資料達成;八、推算未來一段時間空壓機的供氣量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之空壓機操作預測管理方法,其中,步驟一之讀取温濕度感測器測量結果,係利用溫度、濕度感測器,測量該空壓機空氣入口之溫度、濕度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之空壓機操作預測管理方法,其中,步驟四之如果上述若是進行空壓機供氣量預測,則依使用者設定進入資料記錄器抓取需求的歷史資料,其抓取的資料數量,視使用者的設定及資料記錄器記憶體大小,其係可為前一天、前幾天或前一個月的測量資料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之空壓機操作預測管理方法,其中,步驟七之空壓機運轉資料,包括空壓機供氣量及同一時刻的空壓機空氣入口之空氣溫、濕度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之空壓機操作預測管理方法,其中,步驟五之利用數學演算模組建構計算模型之建構方法,其方法步驟包括:一、輸入資料;二、判斷資料完整性,如果上述輸入資料不完整,則進入填補缺失資料,並回至判斷資料完整性;三、如果上述輸入資料完整,則進入選擇預測模式;四、該選擇預測模式選擇性包括有一預測下個時間點及一預測下個週期(天);五、上述步驟四之預測下個時間點係透過最小平方法建立自我迴歸模型;六、上述步驟四之預測下個週期(天)則透過差分與最小平方法建立自我迴歸模型;七、將上述步驟五、六分別輸出計算結果。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之空壓機操作預測管理方法,其中,步驟二之填補缺失資料,係選擇性利用內插法或歷史資料來達成。
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