TW201616873A - 智慧型計量監控系統 - Google Patents

Abstract

一種智慧型計量監控系統包含一計量設備、一即時監控單元，及一雲端應用單元，該計量設備用於量測且計量公用流體能源且產生多個量測值、計量值並儲存，該即時監控單元、該雲端應用單元接收從該計量設備傳來的該等量測值及該等計量值，該即時監控單元將該等量測值及該等計量值分別根據對應儲存的多個預設條件來判斷該等量測值及該等計量值是否有異常，當判斷出有異常產生一警示，該雲端應用單元將該等量測值及該等計量值建立一資料庫，且根據該資料庫中該等量測值及該等計量值的變化趨勢，預測運輸公用流體能源設備老化的趨勢。

Description

智慧型計量監控系統

本發明是有關於一種監控系統，特別是指一種智慧型計量監控系統。

在一工業園區、一醫療園區或是一大型居住社區內，需定時量測各種公用流體能源例如：水、蒸汽、氣體、電力、製程流體等等並做監控，以確保園區內能源的運作及使用設備的正常及安全。

然而，現有的監控技術的缺點如下：缺點一，無法兼顧分析及降低成本：現有的監控技術大部分只著重於量測公用流體能源的使用量，缺乏將量測結果建立一資料庫，並加以分析以達到預測運輸公用流體能源設備老化的趨勢。少部分監控技術設有分析這些量測結果的功能，然而分析這些量測結果所需投資的資訊系統、設備，花費相當昂貴，一般企業無論在財力及人力上都無法負荷。

缺點二，架設的通訊設備成本高：在流體儀表量測到公用流體能源時，若是透過有線光纖纜線通訊傳送資料給監控系統時，架設有線光纖纜線的費用極高，若是 透過低壓的電力線載波通訊(Power Line Carrier,PLC)傳送給監控系統時，低壓的電力線載波通訊屬於窄頻帶通訊應用，傳輸速度慢且距離短，則在穿輸的路徑中需架設訊號加強器，因而增加成本。

缺點三，流體儀表的傳輸介面不一致：在各種流體儀表分別量測到各種公用流體能源時，因每個流體儀表沒有統一的標準介面連接至後端系統，因此，在使用上，後端系統需設置配合每一種流體儀表的介面，相當不便。

缺點四，後端系統無法控制前端的儀表設備，且通訊斷訊時，傳輸的資料容易遺失：一般流體儀表量測到公用流體能源時，皆為單向傳輸至後端系統，則後端系統無法對前端的儀表設備進行設定及參數調整，且當傳輸的通訊斷訊時，因流體儀表的暫存能力不足，則無法確保資料的連續性。

因此，本發明之目的，即在提供一種兼顧分析及降低成本的智慧型計量監控系統。

於是，本發明智慧型計量監控系統包含至少一計量設備、一即時監控單元，及一雲端應用單元。

每一計量設備包括一量測單元、一集中器、一第一通訊單元，及一第二通訊單元。

該量測單元用於量測且計量公用流體能源且產生多個量測值及多個計量值，其中，該等量測值相關於即 時量測的數值，該等計量值相關於累積量測的數值為一預定值的倍數。

該集中器電連接該量測單元以接收該等量測值及該等計量值，且具有一記憶體，並將該等量測值及該等計量值儲存在該記憶體內。

該第一通訊單元電連接該集中器以接收從該集中器傳來的該等量測值及該等計量值。

該第二通訊單元接收從該第一通訊單元傳來的該等量測值及該等計量值。

該即時監控單元電連接該第二通訊單元以接收該等量測值及該等計量值，且內部儲存多個預設條件，並將該等量測值及該等計量值分別根據對應的該等預設條件來判斷該等量測值及該等計量值是否有異常，當判斷出有異常，產生一警示。

該雲端應用單元電連接該第二通訊單元，接收從該第二通訊單元傳來的該等量測值及該等計量值，並將該等量測值及該等計量值建立一資料庫，且根據該資料庫中該等量測值及該等計量值的變化趨勢，預測運輸公用流體能源設備老化的趨勢。

本發明之功效在於：藉由該雲端應用單元將從該計量設備接收到的該等量測值及該等計量值建立資料庫，並加以統計分析，以預測設備老化的趨勢，則可提前預防異常狀況發生，且利用雲端之商業行銷模式採租賃方式分期償還，並依據所選用的模組功能計費，則可在完成分 析的同時兼顧降低成本。

1‧‧‧計量設備

11‧‧‧量測單元

111‧‧‧流體儀表

112‧‧‧智慧表頭

113‧‧‧智慧輸入輸出

114‧‧‧智慧三相電表

115‧‧‧智慧通道

12‧‧‧集中器

13‧‧‧第一通訊單元

14‧‧‧高壓電纜

15‧‧‧第二通訊單元

16‧‧‧記憶體

161‧‧‧記憶體

162‧‧‧記憶體

163‧‧‧記憶體

164‧‧‧記憶體

165‧‧‧記憶體

2‧‧‧即時監控單元

21‧‧‧記憶體

3‧‧‧雲端應用單元

4‧‧‧第一無線基地台

5‧‧‧第二無線基地台

6‧‧‧第三無線基地台

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明本發明智慧型計量監控系統之一第一實施例；及圖2是一方塊圖，說明本發明智慧型計量監控系統之一第二實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明智慧型計量監控系統之一第一實施例設置於一工業園區，用於量測、計量且監控該工業園區內各種公用流體能源，進而分析量測、計量結果，而可及時預防運輸該等流體能源的設備老化，且該第一實施例包含三個計量設備1、一即時監控單元2，及一雲端應用單元3，該等計量設備1對應需量測公用流體能源的地點設置，在此以三個計量設備1做說明。

該等計量設備1分別電連接該即時監控單元2及該雲端應用單元3，用於量測且計量公用流體能源並將結果傳送給該即時監控單元2及該雲端應用單元3，且每一計量設備1包括一量測單元11、一集中器12、一第一通訊單元13、一高壓電纜14，及一第二通訊單元15。

該量測單元11具有多個流體儀表111、一智慧表頭112、一智慧輸入輸出113、一智慧三相電表114，及一智慧通道115。每一流體儀表111電連接該智慧表頭112，並具有一記憶體161，且儲存一位置碼及一時間參數，並量測或計量公用流體能源，且產生一量測值或一計量值儲存在該記憶體161內，及傳送該量測值或該計量值給該智慧表頭112，其中，該量測值相關於即時量測的數值，該計量值相關於累積量測的數值為一預定值的倍數，且該量測值及該計量值分別包括一振動測量、一壓力測量，及一溫度測量的其中之一，當傳送該量測值或該計量值時，會一起傳送該位置碼及產生該量測值或該計量值當下的該時間參數，則該智慧表頭112接收該量測值或該計量值時，即可得知是哪一流體儀表111在什麼時間量測或計量的數值。

該智慧表頭112電連接該等流體儀表111及該集中器12，以統一該等流體儀表111至該集中器12的介面，且該智慧表頭112具有一記憶體162，並儲存一位置碼、一時間參數及多個第一簡易條件，該智慧表頭112將從該等流體儀表111傳來的該等量測值及該等計量值儲存在該記憶體162內，並分別根據對應的該等第一簡易條件來判斷該等量測值及該等計量值是否有異常，若判斷出沒有異常，則定時傳送該等量測值及該等計量值給該集中器12，若判斷出異常，則立即將判斷為異常的量測值或計量值傳給該集中器12，且傳送該等量測值及該等計量值時， 一起傳送該位置碼及接收該等量測值及該等計量值當下的該時間參數。

該智慧輸入輸出113電連接該等流體儀表111的其中一接點及該集中器12，且具有一記憶體163，並儲存一位置碼、一時間參數，及一第二簡易條件，該智慧輸入輸出113量測或計量連接的接點且產生該量測值或該計量值儲存在該記憶體163內，並根據該第二簡易條件來判斷該量測值或該計量值是否有異常，若判斷出沒有異常，則定時傳送該量測值或該計量值給該集中器12，若判斷出異常，則立即將判斷為異常的該量測值或該計量值傳給該集中器12，且傳送該量測值或該計量值時，一起傳送該位置碼及產生該量測值或該計量值當下的該時間參數。

該智慧三相電表114電連接該集中器12，且具有一記憶體164，並儲存一位置碼、一時間參數，及一第三簡易條件，該智慧三相電表114量測或計量相關公用流體能源的電力訊號，且產生該量測值或該計量值儲存在該記憶體164內，並根據該第三簡易條件來判斷該量測值或該計量值是否有異常，若判斷出沒有異常，則定時傳送該量測值或該計量值給該集中器12，若判斷出異常，則立即將判斷為異常的該量測值或該計量值傳給該集中器12，且傳送該量測值或該計量值時，一起傳送該位置碼及產生該量測值或該計量值當下的該時間參數。

該智慧通道115電連接複數子系統(圖未示)及該集中器12，且具有一記憶體165，並儲存一位置碼、一 時間參數，及複數第四簡易條件，該智慧通道115量測及計量該等子系統的公用流體能源，且產生該等量測值及該等計量值儲存在該記憶體165內，並根據分別對應的該等第四簡易條件來判斷該等量測值及該等計量值是否有異常，若判斷出沒有異常，則定時傳送該等量測值或該等計量值給該集中器12，若判斷出異常，則立即將判斷為異常的該等量測值或該等計量值傳給該集中器12，且傳送該等量測值或該等計量值時，一起傳送該位置碼及產生該等量測值或該等計量值當下的該時間參數。

需補充說明的是，該智慧表頭112具有自我診斷及診斷與其電連接的該等流體儀表111是否異常的功能，若診斷出異常，發出一載有該位置碼及該時間參數的異常訊號傳送給該集中器12，同樣的，該智慧輸入輸出113、該智慧三相電表114，及該智慧通道115也有自我診斷是否有異常的功能，若診斷出異常，發出載有該位置碼及該時間參數的該異常訊號傳送給該集中器12。

該集中器12電連接該量測單元11，及該第一通訊單元13，以接收來自該量測單元11的該等量測值及該等計量值，且具有一記憶體16，並儲存一位置碼、一時間參數，並將該等量測值及該等計量值儲存在該記憶體16內，且定時傳送該等量測值及該等計量值給該第一通訊單元13，若接收到異常的該等量測值及該等計量值，則立即將異常的該等量測值及該等計量值傳給該第一通訊單元13，且傳送該等量測值或該等計量值時，一起傳送該位置 碼及接收該等量測值及該等計量值當下的該時間參數。此外，該集中器12可接收一傳送指令，並根據該傳送指令的指示將特定時間的特定該等量測值及該等計量值傳送給該第一通訊單元13，或是當該第一通訊單元13與外界的通訊發生斷訊時，該等集中器12會將還未傳送給該第一通訊單元13的該等量測值及該等計量值在該第一通訊單元13恢復通訊時再傳送給該第一通訊單元13。再要補充說明的是，該集中器12接收到該異常訊號，立即將該異常訊號傳送給該第一通訊單元13。

需補充說明的是，該集中器12接收一全球定位系統校正時間訊號來同步該時間參數，接著，該集中器12再發出一同步時間指令給該量測單元11，使該量測單元11的時間參數與該集中器12的時間參數相同。

該第一通訊單元13電連接該集中器12以接收從該集中器12傳來的該等量測值及該等計量值。在本例中，該第一通訊單元13為一電力線載波器，用以將接收的該等量測值、該等計量值，及該異常訊號分別調變成複數電力線載波訊號，及將載有該傳送指令的該電力線載波訊號解調並傳送給該集中器12。

該高壓電纜14電連接該第一通訊單元13及該第二通訊單元15，用以傳輸該等電力線載波訊號，且該高壓電纜14為寬頻帶，傳輸速率快且距離長，在本例中，該高壓電纜14傳送的電力達到33KV高壓，且傳輸的距離達到2至5公里之間且中間不需設置訊號加強器。

該第二通訊單元15電連接該高壓電纜14、該即時監控單元2，及該雲端應用單元3。在本例中，該第二通訊單元15為一電力線載波器，且將從該高壓電纜14接收的該等電力線載波訊號分別解調回該等量測值、該等計量值、或該異常訊號，並傳送給該即時監控單元2，及該雲端應用單元3，且將從該即時監控單元2、或該雲端應用單元3接收的該傳送指令調變成該電力線載波訊號並經由該高壓電纜14傳送給該第一通訊單元13。

該即時監控單元2電連接該等第二通訊單元15，且具有一記憶體21，並儲存一時間參數，及多個預設條件，並將從該等第二通訊單元15接收的該等量測值及該等計量值儲存在該記憶體21，且分別根據對應的該等預設條件來判斷該等量測值及該等計量值是否有異常，當判斷出有異常，產生一警示，或是，該即時監控單元2接收從該等第二通訊單元15傳來的該異常訊號，亦產生該警示，則監控人員看到該警示，可立即處理異常狀況或對該量測單元進行維修。此外，監控人員可利用該即時監控單元2產生一控制指令，並將該控制指令傳給需設定及參數調整的該等計量設備1，進而遠端對該等計量設備1進行控制。另外，當監控人員想特別監控某特定時間的特定該等量測值及該等計量值，則利用該即時監控單元2產生該傳送指令傳送給特定的該集中器12，則該集中器12根據該傳送指令的指示將特定時間的特定該等量測值及該等計量值回傳給該即時監控單元2。

再補充說明的是，該即時監控單元2處理該等量測值及該等計量值時，會將目前的該時間參數與該等量測值及該等計量值一起顯示，則讓監控人員在發現異常狀況時，可以很明確得知是哪個時間發生狀況的，且該即時監控單元2亦接收該全球定位系統校正時間訊號來同步該時間參數，則該即時監控單元2的該時間參數與該集中器12的該時間參數相同。

該雲端應用單元3電連接該即時監控單元2及該等第二通訊單元15，且儲存一時間參數並接收從該等第二通訊單元15傳來的該等量測值及該等計量值，並將該等量測值及該等計量值建立一資料庫，且根據該資料庫中該等量測值及該等計量值的變化趨勢，預測運輸公用流體能源設備老化的趨勢，亦即利用該雲端應用單元3海量建置大量的量測值及計量值為基礎，自動發現不同的該等量測單元11之間的關聯性，再將之連結各式各樣的測量資訊，解析並定義出一正常狀態及一異常狀態，針對該異於狀態的徵兆發出警訊，以實現高精確度的預兆檢測，其中，該正常狀態及該異常狀態的判定是根據現有設備的製程單位、保養單位提供的規範。此外，當該雲端應用單元3需特定的該等量測值及該等計量值來做分析，亦產生該傳送指令傳送給特定的該集中器12，則該集中器12根據該傳送指令的指示將特定時間的特定該等量測值及該等計量值回傳給該雲端應用單元3。例如，該雲端應用單元3收集運輸公用流體能源設備的一馬達大量的該等振動測量及相 關軸心的該等溫度測量，即可分析該馬達的運轉頻率與運轉狀況。當該雲端應用單元3收集運輸公用流體能源設備的一氣體傳輸管大量的該等溫度測量及該等壓力測量，當該等溫度測量產生的差值在一正常範圍，且該等壓力測量有穩定的趨勢，表示該氣體傳輸管在該正常狀態；當該等溫度測量產生的差值不在該正常範圍，且該等壓力測量有下降或上升趨勢，表示該氣體傳輸管在該異常狀態。

需注意的是，該雲端應用單元3也可根據該資料庫來做節能的分析，以達到能源及原料耗用的智慧控管。並且，中小型企業無法大規模建置及維護分析這些量測結果需投資的資訊系統、設備時，能利用雲端之商業行銷模式採租賃方式分期償還，並依據所選用的模組功能計費。

需補充說明的是，該雲端應用單元3處理該等量測值及該等計量值時，亦會將目前的該時間參數與該等量測值及該等計量值一起顯示，且該雲端應用單元3亦接收該全球定位系統校正時間訊號來同步該時間參數，則該雲端應用單元3的該時間參數與該集中器12的該時間參數相同。

參閱圖2，本發明智慧型計量監控系統之第二實施例，與該第一實施例類似，不同處在於該智慧型計量監控系統還包含一第一無線基地台4、一第二無線基地台5，及一第三無線基地台6，在本例中，該第一無線基地台4、該第二無線基地台5，及該第三無線基地台6為3G基 地台，且每一計量設備1的該第一通訊單元13，及該第二通訊單元15為發射/接收無線訊號的天線，則每一計量設備1的該第一通訊單元13分別將該等量測值及該等計量值透過該第一無線基地台4傳送給對應的該第二通訊單元15，其中部分的該等計量設備1的該第一通訊單元13還可透過該第二無線基地台5分別將該等量測值及該等計量值傳送給對應的該第二通訊單元15，剩下部份的該等計量設備1的該第一通訊單元13還可透過該第三無線基地台6分別將該等量測值及該等計量值傳送給對應的該第二通訊單元15。因此，該集中器12藉由無線通訊的方式與該即時監控單元2、該雲端應用單元3之間傳輸該等量測值及該等計量值，且配合該第一無線基地台4、該第二無線基地台5，及該第三無線基地台6的雙重傳輸路徑的設置，若任一無線基地台發生故障，皆不會影響資料的傳輸。

綜上所述，上述實施例具有以下優點：

1.藉由該雲端應用單元3將從該計量設備1接收到的該等量測值及該等計量值建立資料庫，並加以統計分析，以預測設備老化的趨勢，則可提前預防異常狀況發生。因此，中小型企業可利用雲端之商業行銷模式採租賃方式分期償還，並依據所選用的模組功能計費，解決無法兼顧分析及降低成本的缺點。

2.藉由33KV的該高壓電纜14使該第一通訊單元13與該第二通訊單元15可相互通訊，因而可減少架設有線光纖纜線的費用，且該高壓電纜14為寬頻帶，傳輸速 率快且距離長，則該第一通訊單元13與該第二通訊單元15之間不需再設置訊號加強器，可節省架設的通訊設備。若藉由該第一無線基地台4、該第二無線基地台5，及該第三無線基地台6使該等第一通訊單元13分別與對應的該等第二通訊單元15相互通訊，則該等第一通訊單元13與該等第二通訊單元15之間的通訊不會因任一無線基地台的損壞而導致斷線。

3.藉由該智慧表頭112統一該等流體儀表111的傳輸介面，並將該等流體儀表111量測到的該等量測值及該等計量值傳輸給該集中器12，則該集中器12只需與該智慧表頭112連接，不需再設置配合每一種流體儀表111的介面。

4.監控人員可利用該即時監控單元2產生該控制指令，則該即時監控單元2可將該控制指令傳給需設定及參數調整的該等計量設備1，則監控人員可遠端調整該等計量設備1而更加便利。此外，藉由該等流體儀表111的記憶體161、該智慧表頭112的記憶體162、該智慧輸入輸出113的記憶體163、該智慧三相電表114的記憶體164、該智慧通道115的記憶體165，及該集中器12的記憶體16儲存該等量測值或該等計量值，若當傳輸的通訊斷線時，因有暫存能力，則當恢復通訊時，可確保資料的連續性。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專 利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧計量設備

11‧‧‧量測單元

111‧‧‧流體儀表

112‧‧‧智慧表頭

113‧‧‧智慧輸入輸出

114‧‧‧智慧三相電表

115‧‧‧智慧通道

12‧‧‧集中器

13‧‧‧第一通訊單元

14‧‧‧高壓電纜

15‧‧‧第二通訊單元

16‧‧‧記憶體

161‧‧‧記憶體

162‧‧‧記憶體

163‧‧‧記憶體

164‧‧‧記憶體

165‧‧‧記憶體

2‧‧‧即時監控單元

21‧‧‧記憶體

3‧‧‧雲端應用單元

Claims (10)

1. 一種智慧型計量監控系統，包含：至少一計量設備，每一計量設備包括一量測單元，能量測且計量公用流體能源且產生多個量測值及多個計量值，其中，該等量測值相關於即時量測的數值，該等計量值相關於累積量測的數值為一預定值的倍數，一集中器，電連接該量測單元以接收該等量測值及該等計量值，且具有一記憶體，並將該等量測值及該等計量值儲存在該記憶體內，一第一通訊單元，電連接該集中器以接收從該集中器傳來的該等量測值及該等計量值，及一第二通訊單元，接收從該第一通訊單元傳來的該等量測值及該等計量值；一即時監控單元，電連接該第二通訊單元以接收該等量測值及該等計量值，且內部儲存多個預設條件，並將該等量測值及該等計量值分別根據對應的該等預設條件來判斷該等量測值及該等計量值是否有異常，當判斷出有異常，產生一警示；及一雲端應用單元，電連接該第二通訊單元，接收從該第二通訊單元傳來的該等量測值及該等計量值，並將該等量測值及該等計量值建立一資料庫，且根據該資料庫中該等量測值及該等計量值的變化趨勢，預測運輸公用流體能源設備老化的趨勢。
2. 如請求項1所述的智慧型計量監控系統，其中，該等量測值及該等計量值包括複數溫度測量，及複數壓力測量，當該等溫度測量產生的差值在一正常範圍，且該等壓力測量有穩定趨勢，預測運輸公用流體能源設備在一正常狀態；當該等溫度測量產生的差值不在該正常範圍，且該等壓力測量有下降或上升趨勢，預測運輸公用流體能源設備在一異常狀態。
3. 如請求項2所述的智慧型計量監控系統，其中，該等量測值及該等計量值還包括複數振動測量，因此，根據該等振動測量，及該等溫度測量的變化趨勢，以預測運輸公用流體能源設備的該異常狀態。
4. 如請求項1所述的智慧型計量監控系統，其中，每一計量設備還包括一高壓電纜，該高壓電纜電連接該第一通訊單元及該第二通訊單元，則該第一通訊單元分別將該等量測值及該等計量值調變成複數電力線載波訊號並經由該高壓電纜傳送給該第二通訊單元，該第二通訊單元再將該等電力線載波訊號分別解調變回該等量測值及該等計量值。
5. 如請求項1所述的智慧型計量監控系統，還包含一第一無線基地台、一第二無線基地台，及一第三無線基地台，則每一計量設備的該第一通訊單元分別將該等量測值及該等計量值透過該第一無線基地台傳送給對應的該第二通訊單元，其中部分的該等計量設備的該第一通訊單元還可透過該第二無線基地台分別將該等量 測值及該等計量值傳送給對應的該第二通訊單元，剩下部份的該等計量設備的該第一通訊單元還可透過該第三無線基地台分別將該等量測值及該等計量值傳送給對應的該第二通訊單元。
6. 如請求項1所述的智慧型計量監控系統，其中，該量測單元具有多個流體儀表，及一智慧表頭，該智慧表頭電連接該等流體儀表及該集中器，以統一該等流體儀表的傳輸介面，並將該等流體儀表產生的該等量測值及該等計量值傳送給該集中器。
7. 如請求項6所述的智慧型計量監控系統，其中，該等流體儀表及該智慧表頭分別具有一儲存該等量測值及該等計量值的記憶體，且分別儲存一位置碼，則在產生、處理該等量測值及該等計量值時，皆會將各自的該位置碼與該等量測值及該等計量值一起傳送。
8. 如請求項1所述的智慧型計量監控系統，其中，該即時監控單元可產生一控制指令，並將該控制指令傳給需設定及參數調整的該等計量設備。
9. 如請求項1所述的智慧型計量監控系統，其中，該等量測單元、該集中器、該即時監控單元，及該雲端應用單元皆分別儲存一時間參數，則在產生、處理該等量測值及該等計量值時，皆會將各自目前的該時間參數與該等量測值及該等計量值一起傳送，且該雲端應用單元、該即時監控單元，及該集中器皆接收一全球定位系統校正時間訊號來同步時間，則該雲端應用單 元、該即時監控單元，及該集中器的時間參數相同，則該集中器再發出一同步時間指令給該量測單元，使該量測單元的時間參數與該集中器的時間參數相同。
10. 如請求項1所述的智慧型計量監控系統，其中，該智慧表頭儲存多個第一簡易條件，且將該等量測值與該等計量值分別根據對應的該等第一簡易條件來判斷該等量測值及該等計量值是否有異常，並將判斷為異常的量測值或計量值傳給該集中器，則該集中器再透過該第一通訊單元與該第二通訊單元傳送給該即時監控單元及該雲端應用單元。