用于水/流体的数据收集系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年1月3日的在审美国专利申请13/733,842“用于水净化的方法和设备”的优先权作为其部分延续案，还要求提交于2014年8月30日的美国临时专利申请62/044,192“用于水/流体的数据收集系统和方法”的优先权，前述申请的公开以其整体作为参考并入此处。

根据美国专利申请公开文献us2013/0175155的ped(脉冲效应蒸馏，pulseeffectdistillation^tm)是一种基于逆流两相至两相热交换过程的热蒸馏技术，其中，蒸发室和冷凝室处在公共热交换壁的相对面。

本地操作控制包括现场控制面板、数据通信装置和用于每个所述ped模块的基于嵌入式控制器的微处理器。所述嵌入式控制器检测与相同ped模块的所选ped参数相对应的传感器信号，并基于所测量和估算的ped参数采取动作。所采取的动作可以例如包括：打开或关闭用于输入水、产出水和盐水的流量控制阀；启动压缩机rpm和转矩控制；打开/关闭加热器以启动/稳定加热器；处理和选择性地转发经处理的信号和对所述现场控制面板采取的动作；以及从所述现场控制面板接收控制信号，以重新调整所述嵌入式ped控制器的参考/设定点参数，或执行如ped反冲洗以及ped关闭、重新启动和盒更换的动作。现场控制面板接收来自单个ped模块的关于输入、盐水和产品流速等的周期性更新，并将它们与现场平均值和历史数据进行比较，以确定每个单个ped模块的健康状态和生产效率，同时现场操作员相应地输入并采取行动。现场控制面板还选择性地将经处理的现场数据转发到全局操作控制中心，并从其接收特定指令。全局操作控制中心处理单个现场数据，并在图形用户界面中呈现经处理的数据，以允许对所有现场的水处理过程进行透明和全面的监测和控制，以实现所述水处理系统的自动和人工辅助操作控制，达到优化运营和能源效率、优化资源管理并减少维护需求的目的。

本发明涉及水处理系统的控制以及管理，尤其涉及利用用于每个现场的多个模块化ped单元来优化管理多现场水处理以及净化的先进操作控制系统和方法。

背景技术：

水处理是大规模过程，其将通常具有高的总溶解固体(tds)和/或重金属浓度的高度污染的源水转化为产品水，产品水是工业、农业以及家庭使用可接受的。为了生产适合于饮用或医疗使用的水，水需要被净化以降低或移除过多不期望的化学、生物和放射性致污物、悬浮固体以及恶臭溶解的挥发性有机化学物(voc)，达到这样的程度：最终的产品水适合于人饮用以及需要极高纯度水的其他应用。

根据美国专利申请公开文献us2013/0175155，ped(pulseeffectdistillation^tm)是基于逆流两相至两相热交换过程的热蒸馏技术，其中，蒸发室和冷凝室位于公共热交换壁的相对面。用于ped处理的主要能量输入是机械的气体压缩。虽然这种热交换维持温度梯度(这是逆流热交换器的固有特性)，但是具体ped蒸馏过程模拟理想热动态可逆过程，并当横壁以及导流热阻分别是零以及无限大时确实接近该理想限值。这样，基于ped的水净化处理的能量效率整体上取决于ped处理能够多么接近地模拟理想热力学可逆过程，这又取决于最小化输入流体(在一个实施例中可以为源水)和输出流体(产品水以及盐水)之间熵流的具体比率的增加。这种熵率增加的原因主要是直接热量输入(这引入熵流；应该注意的是，机械能量输入不会引起熵流的增加)以及内部熵生产率。内部熵生产主要来自横壁以及并行热传递，以及来自对水和气体(空气和水蒸汽)的流体流的粘滞阻力和湍流阻力。对于不适当绝缘的ped壳体，向外部环境不可避免的散热还会引入额外的熵产，随之损失能量效率。

虽然ped主要设计成生产不含除voc外几乎所有致污物的蒸馏水，但是能够修改ped，以通过用透气性疏水微孔聚合物膜替换实心公共热交换壁基板来生产低纯度产品水，透气性疏水微孔聚合物膜允许通过从高压冷凝室扩散至低压蒸发室产生的扩散所导致的压差进行空气-蒸汽混合物的直接交换。直接气体交换引入额外热通量，其容易通过热传导以及局部加热对流超过间接热交换通量，从而极大地增加水生产效率和能量效率，这是由于其降低了引发熵生产率的热交换。尽管类似于同样采用疏水透气聚合膜的膜蒸馏技术，但是改进型ped处理整体上不同之处在于，其仍是基于具有机械气体压缩的良好限定的热力学可逆过程，因此其本质上更加节能。这些增强是以低的产品水精确质量为代价的，由于气体扩散引发的压力通过多孔热交换壁，这也允许溶解固体以及其他微致污物扩散通过热交换壁，不同于传统膜蒸馏，在传统膜蒸馏中，气压典型地在蒸发器侧稍微高于在冷凝器侧，气体流量实际上精确地沿着与此处描述的用于改进型ped处理相反的方向行驶。

通过压缩和膨胀周期的交替(脉冲效应；应该注意的是，压缩机实际上进行压缩以及膨胀)，蒸发室内的空气(气体)交替地变得饱和以及欠饱和。在欠饱和相位期间，当输入流体超过用于这些化合物的溶解度极限时，溶解固体的一部分、尤其具有钙和重金属化合物的这部分沉淀至膜表面上。一旦固体沉淀至多孔膜表面上，这些固体将难以溶解而返回输入流体，这是由于在沉积固体附近溶解固体的浓度较大。尽管这种沉淀进一步增强蒸馏效率，但是其还允许沉淀的沉积物的快速积聚，沉淀的沉积物必须周期性地反冲洗以去除这种沉积。反冲洗过程需要关闭输入水阀，将反冲洗水分流至盐水出口，同时伴随地打开盐水阀以允许反冲洗流体流入盐水存储器，用于进一步污泥处理。盐水阀还应该周期性被启动以确保蒸发室内的盐水浓度不超过预设极限。

压缩/膨胀交替或者“脉冲效应”压缩/膨胀方法将尤其有益于源水，例如压裂水，其包含高浓度重金属盐以及氧化钙或者碳酸氢钙，它们公知为较弱可溶性并且它们的溶解性具有负温度依赖性。这样，脉冲效应方法将引起这种溶解的化合物容易沉淀至半透膜的蒸发器侧，其中，通过蒸发室的反冲洗，重金属固体能够与常规盐(氯化钠)分开被收集。实际上，能够利用溶解性不同的优势进一步将它们分离，通过不同地定时反冲洗、生成雾以及膨胀循环，优先沉淀和收集具有不同溶解性的重金属。与常规盐分开地冷凝重金属的能力将允许经脉冲效应处理的水去除几乎所有重金属含量。而且，由于重金属化合物远比大多数其它盐类更有毒，并且压裂水深挖进地幔，这种水还包含超高放射性元素(如镭)以及其放射性副产物(如氡气)，所以在早期将它们从输入水蒸汽移除的能力是一个大的优势。因为处理压裂水的主要目的是移除重金属含量以及放射性元素，所以不同于海水(典型地tds大约35,000ppm)，具有较大气孔尺寸的膜将足以，因为改进型的ped将仍能够移除大多数生物制剂以及细泥沙/胶状体。

为了降低用于基于单ped的水处理模块的能量以及维护要求，应该通过在整个ped模块中布置多个相关传感器来重新构建用于ped的详细湿球/干球温度、压力、流量以及tds浓度分配。重新构建的分配能够用以执行熵生产分析，能够利用熵分析的结果来确定需要实时采取的具体动作，以使ped朝向更优化的热动态过程发展。还能够采用ped预测分析，以通过将预测ped状态与现场及历史状态数据相比较来确定所述ped模块是否处于需要重启、反冲洗或者脱机的故障状态。将采取的一些可行动作是：打开以及关闭输入以及产品水阀、输入分流阀、盐水分流阀以及盐水输出阀、压缩机rpm、转矩值、打开/关闭启动器/稳定器加热线圈、反冲洗水泵切换等。还能够通过平均或总流入和流出速率以及盐水流出物流速的权衡来确定是否已经发生渗漏。如果怀疑有渗漏并且人工操作员被警告，则将ped脱机。流入速率与平均盐水流速的比值对模块的能量和操作效率也是关键的，因为高比值意味着在蒸发器侧高的盐水浓度，这会不利地影响处理过程的能量效率，并以加速度引起模块聚集沉淀和tds，这会需要更频繁的反冲洗以及其他维护事务，可能将缩短模块的服务寿命。但是，太频繁冲洗冷凝的盐水会降低水恢复率，这会急剧增加预处理需要以及污泥处理和处置的成本。现场控制面板和单个ped模块之间的数据通信能够基于安全的有线或者无线连接。如果选择无线通信，那么将在封装中采用链路间及端端间的加密虚拟隧道以确保数据传输的安全性从而防止入侵。

在用于管理多个模块现场的控制策略装置中，所述现场具有分布在整个现场区域的ped模块，该控制策略装置会稍微不同于用于单ped模块的控制装置的控制策略装置。单ped控制策略仅响应于本地ped具体条件，并由mcu(微控制器单元)基于来自嵌入所述ped模块内的多通道传感器的信号所处理的数据致动，单ped控制策略不考虑一天内源水供给和产品水需求的升高和降低。因为ped的能量效率关键取决于热交换壁的对数平均温差(lmtd)，用于横壁热交换的总内部熵生产率成比例于lmtd的平方，以及因为水生产率几乎正比例于同一lmtd，所以需要在所有现场ped模块中尽可能均匀地分配源水的流入，以便保持现场lmtd尽可能低。但是，由于ped模块的不均匀性能特性，在现场优化处理中还应该考虑用于每个ped模块的历史性能指数。

这意味着较低lmtd预算应该被分派至较差执行情况的ped模块，而不是分派至良好执行情况的模块，已经处于稳定高lmtd负荷的ped模块应该降低lmtd负荷或者完全脱机以在离峰时间期间为过度使用的ped模块提供休息周期。对这些高负载模块应该采取更频繁的反冲洗，以确保不会发生显著沉淀积聚从而避免结水垢和其他积垢条件，这样的话会减少这种模块的使用寿命。最后同样重要的是，单个模块的流入和流出速率应该相对恒定，而不是具有极高不规则流速，以获得高能量及操作效率。因为现场ped模块的总输入以及产品水存储容量能够相当大，所以通过提前调节流入和流出速率以及预料即将到来的水需求的增加，该现场ped模块还能够用作暂时存储缓存器。将预处理的水存储在每个模块内以部分地抵消水需求的未来增加。

对于包括分布在大服务区域的多个处理现场的工业规模水处理系统，有关单现场的单ped或聚合ped模块的控制策略不再适当。虽然只要管路和泵站网络足以将源水、产品水以及盐水适当分配在附近节点(现场)中，相邻水处理现场之间仍然能够进行lmtd负荷的局部分配。不存在源水和/或产品水的任何宽区域重新分配，全局控制策略必须涉及成本矩阵，成本矩阵包括本地源供给、水需求和水重新分配成本、总体响应性和维护要求、以及期望服务寿命以及单个装备的替换成本。能够采用数学优化算法来确定将要施加至每个处理现场的一组动作以优化整体系统和操作效率，如线性规划、动态规划、或者牛顿型非线性优化技术。各个现场和操作控制中心之间的数据通信能够通过专用云或者基于公共网络的云采用有线或者无线数据访问。或者，这甚至能够是基于混合云的系统，安全数据仅在加密专用云内传输，仅通过虚拟专用网络(vpn)具有受限访问，非安全信息可通过低安全性的双因素登录认证来访问。

现有水处理系统通常在次优化条件下操作，引起增加的能量使用以及高维护成本和人力需求。此外，水处理控制策略通常跟不上高峰时间和离峰时间各部位间变化的水供给以及需求。

2013年11月26日thomasf.smaidris(美国)的美国专利8594851b1提供了一种现有技术，其关注于单废水处理现场的控制策略，单废水处理现场具有沿着许多压力干管的多个泵站。smaidris教导的是，每个湿井装备有许多井传感器，井水水平传感器是最突出的一个，采用梯形逻辑的可编程逻辑控制器(plc)处理传感器信号。将得到的数据转发至遥测控制单元，然后遥测控制单元将遥测数据转发至无线电单元以将其向中央控制部位广播。每个井由包括多个水泵的泵站服务，水泵从井供水至压力干管。许多压力干管汇聚并向废水处理装置供给，其中，在每个压力干管内，所连接的泵站优先基于湿井的存储容量以及进水体积来排序，并将这种信息传递至中央控制部位，中央控制部位又授权在泵站基于这种优先顺序来启动泵。中央控制部位还执行流速管理，通过识别用于给定压力干管的高峰以及松弛周期，用距处理装置的距离对所述压力干管上的泵站进行排序，并命令按从最远至最近的顺序来泵送湿井。smaidris还在一定程度上详细描述了多个泵站如何能够与具有xgmi认知无线电以及dfshyperscada服务器的水管理系统中的中央服务器通信。但是，立即清楚的是，使用的具体无线电技术在很大程度上是不重要的，因为其能够适当被其他更成熟的无线电技术替换，如短范围内的zigbee或者wifi，以及长范围内的蜂窝无线电，而不影响它们的功能性。而且，关于所述控制策略，建议的对于单压力干管的基于优先权的泵管理是完全启发式的，未以数学优化方式分配泵送负荷。建议的基于距离的流速管理本质上同样是启发式的，未以数学可靠方式优化地分配湿井负荷。此外，其以完全独立于其他压力干管的方式处理每个压力干管，以及由于供给同一水处理装置的压力干管的相互关联性质，这种策略不可能是优化的。

2012年11月27日graves(美国)的美国专利u8,321,039b2描述了一种用于管理住宅废水处理系统的设备，其包括本地控制单元，本地控制单元监控单个系统以提供本地控制以及报警功能，以及通过网络遥测设备将状态报告和警报传递至远程监控中心。远程监控中心进一步产生有关通过网站可获得的单个系统的信息。graves不遗余力地教导一种基于专用微处理器的控制输入和报警电路，其唯一目的是从时钟旋钮读取模拟输入，以根据旋钮设定的时间来设定以及控制通风器电动机。虽然相对于graves意图提供要安装在住宅或其他建筑物中或附近的便宜、可靠的控制中心的用户界面面板以用于监控住宅腐化池系统来说，这种公开是重要的，但是这种设计未提供任何自动的优化控制以及管理功能。即使使用基于中央网络的服务器，但其主要目的是向它们服务的订阅者提供服务报告以及警报，以及管理用户访问、发票声明、用户帐户或者合约的启动或者中止。

现有技术中没有一个能够视为用于管理工业规模水处理和/或净化系统的综合优化控制系统以及方法。smaidris的教导本质上限于泵水网络的具体例子，用于将湿井源水供给至废水处理装置，用于井泵的建议控制策略本质上是特设的及启发式的，不认为有任何数学最佳性。graves的教导甚至更具限制，没有提及自动控制策略。它们的教导和本发明之间的主要共同性是，潜在使用无线电数据通信以及处理信息的网络传播。这些方案中没有一个是本发明教导的核心。

该专利申请/文献中描述的用于收集以及集合数据的系统/处理还能够用以从任何其他液体/流体净化或者过滤系统集合相同或者类似数据，而不是仅从ped系统。

技术实现要素：

该部分的目的是概述本发明的一些方案以及简要引入一些优选实施例。简化或者省略以避免使本部分的目的含糊。这种简化或者省略不旨在限制本发明的范围。

本发明的目的是提供一种用于控制工业规模水处理系统的系统和方法，其克服了现有技术水管理系统的上述限制。

本发明的另一目的是提供一种数学上优化自动控制单个ped模块的方法。

本发明的另一目的是提供一种数学上优化自动控制包括多个ped模块的单水处理现场的方法。

本发明的再一目的是提供一种数学上优化全局控制包括多个水处理现场的工业规模水管理系统的方法。

本发明的另一目的是提供一种系统，其中，状态和控制数据能够通过各种数据通信装置传输。

在根据本发明的具体优选实施例中通过提供一种水处理系统来实现这些前述目的，水处理系统具有多个多模块处理现场，所述多模块处理现场利用低延迟本地控制和更高延迟的全局操作控制。所述多模块处理现场包括许多ped模块、一个或多个预处理单元以及一个或多个污泥浓缩和存储单元。本地操作控制包括现场控制面板、数据通信装置和用于每个所述ped模块的基于嵌入式控制器的微处理器。所述嵌入式控制器检测与相同ped模块的所选ped参数相对应的传感器信号，并基于所测量和估算的ped参数采取动作。所采取的动作可以例如包括：打开或关闭用于输入水、产出水和盐水的流量控制阀；启动压缩机rpm和转矩控制；打开/关闭加热器以启动/稳定加热器；处理和选择性地转发经处理的信号和对所述现场控制面板采取的动作；以及从所述现场控制面板接收控制信号，以重新调整所述嵌入式ped控制器的参考/设定点参数，或执行如ped反冲洗以及ped关闭、重新启动和盒更换的动作。

所述现场控制面板接收来自单个ped模块的关于输入、盐水和产品流速等的周期性更新，并将它们与现场平均值和历史数据进行比较，以确定每个单个ped模块的健康状态和生产效率，同时现场操作员相应地输入并采取行动。现场控制面板还选择性地将经处理的现场数据转发到全局操作控制中心，并从其接收特定指令。全局操作控制中心处理单个现场数据，并在图形用户界面中呈现经处理的数据，以允许对所有现场的水处理过程进行透明和全面的监测和控制，以实现所述水处理系统的自动和人工辅助操作控制，达到优化运营和能源效率、优化资源管理并减少维护需求的目的。

该专利申请/文献中描述的用于收集以及集合数据的系统/过程还能够用以从任何其他液体/流体净化或过滤系统集合相同或者类似数据，而不是仅从ped系统。

在一个方案中，本发明关于一个流体处理系统，包括：在现场内的多个用于流体处理的流体处理模块，其中，每个所述处理模块包括列表中的至少一个：传感器和/或换能器、电子控制装置和/或数据通信装置；其中，每个所述处理模块能够从每个所述传感器接收传感器信号，以使所述处理模块的电子控制装置形成和/或执行模型预测决策过程，从而为了最大化每个所述处理模块内的操作效率，确定由每个所述换能器中的一个或多个将采取的动作，并且当需要使用时，所述数据通信装置将经处理的模块状态数据传送到一个或多个现场控制面板；一个或多个现场控制面板，其监管在现场内的一个或多个处理模块，其中，每个所述现场控制面板与一个或多个所述流体处理模块通信，以便向/从一个或多个所述处理模块传递状态信息，收集、处理、分析和/或更新所述一个或多个现场控制面板的信息，与一个或多个操作控制中心双向(to/from)通信，以及通过所述通信装置更新单个处理模块的参考参数；一个或多个操作控制中心，其与所述一个或多个现场控制面板通信，以便向/从所述一个或多个现场控制面板传递现场特定参考参数和/或状态更新，其中，所述一个或多个操作控制中心利用现场控制策略装置，基于多个处理模块共同的现场参数来分析、生成和周期性地更新单个处理模块特定参数，使得基于期望的最佳单个模块响应，将用于一个或多个所述处理模块控制的单个参数，通过一个或多个所述控制面板分配给每个所述处理模块。

在另一方案中，所述现场控制策略装置包括现场/单个模块数据/状态属性，其包括下列至少一个：现场流体需求、现场安全参数、现场源流体状态、现场对数平均温差、模块流速、模块状态、模块计划维护和/或相对于正常参数的模块偏差；和所述数据通信装置能够包括下列至少一个：有线或无线链路、加密无线电链路、安全专用网络连接、wi-fi(包括但不限于ieee802.11n、802.11ac和类似变型)、zigbee、蓝牙、蜂窝无线电(包括但不限于3g、4g、lte和类似变型)。在又一方案中，来自一个或多个现场的一个或多个所述过程模块的所选过程信息通过用户界面呈现给操作员，使得其能够通过人工辅助动作来调整。在另一方案中，呈现给所述操作员的所述过程信息包括下列至少一个：一般帐户信息、现场范围操作状态、维护记录、报警历史、服务合同状态、财务资产负债表和/或合规记录。

在一个方案中，所述流体控制模块是脉冲效应蒸馏模块，即ped模块。在另一方案中，所述一个或多个操作控制中心和所述一个或多个现场控制面板位于专用安全云中。在又一方案中，所述一个或多个操作控制中心和所述一个或多个现场控制面板位于连接到基于云的网络的虚拟专用网络隧道中。

在一个方案中，本发明是关于一种流体处理方法，实施上述方案中的一些，具体地包括：提供在现场内的多个处理流体的流体处理模块，其中，每个所述处理模块包括列表中的至少一个：传感器和/或换能器、电子控制装置和/或数据通信装置；其中每个所述处理模块能够从每个所述传感器接收传感器信号，以使所述处理模块的电子控制装置形成和/或执行模型预测决策过程，从而为了最大化每个所述处理模块内的操作效率，确定由每个所述换能器中的一个或多个将采取的动作，并且当需要使用时，所述数据通信装置将经处理的模块状态数据传送到一个或多个现场控制面板；提供一个或多个现场控制面板，其监管在现场内的一个或多个处理模块，其中，每个所述现场控制面板与一个或多个所述流体处理模块通信，以便向/从一个或多个所述处理模块传递状态信息，收集、处理、分析和/或更新所述一个或多个现场控制面板的信息，与一个或多个操作控制中心双向(to/from)通信，以及通过所述通信装置更新单个处理模块的参考参数；提供一个或多个操作控制中心，其与所述一个或多个现场控制面板通信，以便向/从所述一个或多个现场控制面板传递现场特定参考参数和/或状态更新，其中，所述一个或多个操作控制中心利用现场控制策略装置，基于多个处理模块共同的现场参数来分析、生成和周期性地更新单个处理模块特定参数，使得基于期望的最佳单个模块响应，将用于一个或多个所述处理模块控制的单个参数，通过一个或多个所述控制面板分配给每个所述处理模块。

结合附图，核查对本发明实施例以下的详细描述，本发明的其他特征及优势将变得明显。

附图说明

参考以下附图，结合之后的详细描述，本发明的这些以及其他方案、特征以及优势将变得明显，其中：

图1是示出根据本发明示意实施例的ped模块中的典型传感器以及致动器的示范示意图。

图2是示范示意图，示出了根据本发明示意实施例的多个ped模块中的传感器和致动器如何相互连接至水处理现场内的中央控制面板。应该注意的是：ped*指代利用分光计和/或传感器的ped，传感器例如是用于温度；压力；湿度；tds；ph；传导性；toc(总有机碳)；orp(氧化还原电位)；氯；化学致污物；…

图3是示范示意框图，示出根据本发明示意实施例多个水处理现场与操作控制中心通信的方式。

图4是根据本发明示意实施例ped模块基于mcu的自动控制的示范流程图。

图5是根据本发明示意实施例，根据本发明的一个方案的现场管理的示范流程图。

图6是根据本发明示意实施例，根据本发明的一个方案的操作控制管理的示范流程图。

图7是示范示意图，示出根据本发明示意实施例的与云数据库以及web应用操作中心通信的典型多处理模块通信装置链路。

图8图示了示范示意图，示出根据本发明示意实施例的处理模块中的典型传感器以及致动器装置。

从以下详细描述、附图以及附随的权利要求，本领域的技术人员将获知以上描述的以及其他特征。

具体实施方式

该部分是为了概述本发明的一些方案以及简要引入一些优选实施例的目的。能够进行简化或者省略以避免使本部分的目的含糊。这种简化或者省略不旨在限制本发明的范围。

为了提供对本发明的全面理解，现在将描述特定示意实施例和例子。但是本领域普通技术人员将理解是，相同或者等同功能以及顺序能够通过也旨在包含在本公开精神和范围内的不同实施例实现。此处描述的成分、装置、系统和/或方法能够调整以及修改成适合于要解决的营业，此处描述的这些能够采用在其他合适的应用中，这种其他添加以及修改将不脱离其范围。

能够进行简化或者省略以避免使本部分的目的含糊。这种简化或者省略不旨在限制本发明的范围。所有参考文献、包括该说明书中引证的任何专利或者专利申请通过参考并入此处。不认为任何参考文献构成现有技术。对参考文献的讨论陈述了什么是这些文献的作者主张的，申请人有权挑战引证文献的准确度以及相关性。应该清楚理解的是，虽然此处涉及多个现有技术公开物，但是该参考不构成承认任何这些文献形成本领公知常识的一部分。

正如说明书和权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”以及“所述”包括多个参考，除非内容另外明确规定。例如，术语“一个交易”能够包括多个交易，除非内容另外明确规定。正如说明书以及权利要求中使用的，提到的单数名称或者类型包括一组所述名称的变型，除非内容另外明确规定。

使用在以下说明中的特定术语仅是为了方便，并不是限制性的。词语“下”、“上”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“左”、“右”以及“侧”指代所参考的附图中的方向，而不是限制模块或者它们的任何组件能够使用的方位。

认识到的是，术语‘包括’在不同司法管辖区内能够具有排他性意思或者包含性意思。为了该说明书的目的，除非另有说明，术语‘包括’应该具有包含性意思，即其将被采用以意味着不仅包含其直接指代的列出的部件，而且包含其他未指定的部件或者元件。当术语‘包括的’或者‘包括’在方法或者处理的一个或多个步骤中使用时，该基本原理还将使用。

参考图1，示出了示意图，其图示出根据本发明一个方案的ped模块1中的典型传感器以及致动器装置。ped模块包括：多个蒸发室111，仅示出了其中之一；多个冷凝室112，仅示出其中之一；大吞吐量压缩机12；小吞吐量压缩机13；数字控制阀(dcv)142，其控制产品水出口147；dcv148，其控制源水入口143，源水入口143还兼作为反冲洗流出物出口(因此为双向箭头)；高压水反冲洗泵145以及反冲洗dcv146。一组dcv阀以及压缩机/泵、微气泡发生器/喷雾器17以及启动器/稳定器加热线圈160被认为是一组致动器，存在温度传感器(由t表示)、压力传感器(由p表示)、流量传感器(由用于流量的r表示)以及tds传感器(由tds表示)，它们测量水/空气温度、压力、总溶解固体浓度(tds)以及进入以及离开各种入口/出口以及盐水出口的流速。

ped模块具有被两个压缩机12和13致动的闭合式内部空气环，压缩机12和13一起形成压缩膨胀器(压缩机-膨胀器)装置。由于压缩机12能够推动的气体的体积较大，压缩机13能够输送的气体的体积相对较小，冷凝器111中的气体压力将小于蒸发器112中的气体压力。通过源水入口143的输入源水与来自微气泡发生器/喷雾器17的压缩空气混合，从而生成被引导在公共热交换壁14处的水滴157的细水雾。水滴通过壁14被热交换器加热以生成饱和蒸汽156，饱和蒸汽156被抽吸进压缩机12的入口，然后被压缩并向前发送至冷凝器112的近侧(相对于压缩机12)端部。当压缩空气现在过饱和时，冷凝发生，直到多余蒸汽被移除。当饱和空气进一步向下游行进时，由于空气被调节至越来越低的饱和压力，因此冷凝继续发生，直到空气几乎完全耗尽湿度158。相对干燥的空气158被压缩机13再压缩以向微气泡发生器供能。蒸发室111中的较低压力还有助于引起输入雾气闪变成蒸汽。蒸发室111内的在蒸发路径结尾处未蒸发的一部分水18通过窄的逆流热交换通道113重新流向远侧端部，从而对源水进行预加热。当来自盐水dcv141之前的tds传感器的测量的tds超过阈值时，盐水dcv141被打开，当测量的tds水平下降成低于较低阈值时，其被关闭。

通过电子控制装置确定用于盐水dcv141的tds阈值的设定点，在一个实施例中，电子控制装置能够包括微控制器(mcu)2，微控制器(mcu)2还从所有温度、压力以及tds传感器接收信号并确定要采取什么动作，以及经由控制器输出3将控制信号发送至对应致动器。来自流量计的流入和流出流速被二次积分以确定是否已经发生局部或者全部阻塞，或者存在较强泄漏可能性的时间，或者当前tds测量是否比移动平均tds值极大超过了较大阈值。当一些或者所有这些条件发生时，存在较强指示：所述ped模块应该接受加速的维护日程，如缩短反冲洗之间的间隔，或者ped盒需要替换，或者整个ped单元应该脱机并被替换。

mcu还负责使用所收集的传感器数据以及用于过去传感器数据的历史数据以及所采取的动作来估算逆流热交换lmtd，从而计算预期熵生产率。这能够用以执行ped模块的本地优化，ped模块受现场控制面板设定的约束。

图2是示意图，示出多个ped模块中的传感器和致动器如何相互连接至水处理现场4内的中央控制面板。传感器和致动器信号由每个ped模块的嵌入式微控制器2处理，并经由公共数据通信装置选择性地发送至中央控制面板43。这种数据通信装置能够是控制(以及功率)总线42，或者可选地，无线电数据通信网络，利用每个ped模块上的无线电单元43与所述mcu2通信。

如果覆盖面积超过通过前述短范围无线技术能够提供的范围，无线电单元能够采用任何无线数据通信装置，如zigbee、蓝牙、ieee802.11n/ac或者蜂窝无线电(2g、3g、4g)。重要的是，所采用的数据通信网络是安全以及专用的以防止黑客，因为由于任何被劫持的网络会被用以接管水处理设备的控制，具有可预见地可怕的后果。

尽管附接至ped模块的每个mcu能够基于经处理的传感器输入数据执行模型预测计算以估算净熵生产率，并利用得到的模型来确定要采取的优化动作以改善能量以及操作效率，但是这种本地控制策略对于讨论的水处理现场来说不是必须是最佳的。通过传递各个ped状态或者遥测数据至控制面板，允许控制面板提供额外优化任务，如负荷平衡以改善现场能量效率以及操作/维修成本，并缓存预处理的水以减缓高峰时间需求。中央控制面板还能够向各个ped模块提供现场统计以辅助所述ped相应修改预测模型，从而改善其预测准确度。

图3是示意框图，示出多个水处理现场4与操作控制中心53通信的方式。每个ped控制面板收集的信息被分析，并经由专用数据通信网络51选择性地转发至操作控制中心53，或者它们还能够经由无线电链路以及连接的无线电单元52被传递至每个模块的控制面板。

操作控制中心的主要任务是，考虑每个现场的水供给以及需求以及其相应的水处理容量来执行大规模负荷平衡。其辅助任务是提供一种人工友好的用户界面，优选图形用户界面，以允许监控所有水处理现场的宽区域。第三，操作控制中心将经处理的现场数据分发至数据库，数据库能够经由安全通道被任何授权用户访问。可被用户访问的信息包括普通帐户信息、现场范围操作状态、维护记录、报警历史、服务合同状态、财务资产负债表以及合规记录。

图4是ped模块基于mcu的自动控制的流程图。在该优选方法中，在600，ped模块的mcu从现场控制面板下载参考参数，在605，从传感器阵列接收传感器数据，以及在607，算出传感器数据的移动平均。在610，使用移动平均数据以及估算的内熵生产率数据，执行基于模型的计算以估算渗漏/阻塞可能性。如果在615渗漏可能性超过基于接收的所述参考参数的置信度阈值，则在617，讨论的ped模块被脱机并向现场控制面板发送警报。另一方面，如果在620阻塞可能性超过基于接收的所述参考参数的置信度阈值，则在627将讨论的ped模块标注，用于立即反冲洗操作以使ped盒畅通，或者在盒被认为不可用的情形下，将盒标注，用于在下一维修周期被替换。否则，在625，算出用于所有热交换表面的lmtd数据，并相应地估算净熵生产率。在630，将算出的数据提供至爬山算法(一种简单的梯度下降算法)或者牛顿或者拟牛顿二次搜索算法或者它们的等同物以确定要采取的优化控制动作。

如果在635通过算法确定的动作是要引入直接加热以稳定ped操作，那么在637，打开电加热器以增加蒸发室内的最大温度。如果在640存在不适当压缩、过多压缩或者气体流速不在正常范围内，那么在647调节压缩机rpm速度或者转矩值。如果在645基于测量tds值估算的积聚的盐水浓度以及盐水温度高于相应的参考参数，那么在657打开盐水阀以排空积聚的盐水，直到tds值下降至正常范围。如果在650估算的阻塞超过参考率，那么在667降低流入速度，并通过增加盐水被排空的频率来减低盐水浓度。最后，如果在655对产品水的需求降低，那么在677相应调节流入速度和压缩机设定以满足需求以及负荷平衡动作。

图5是根据本发明的一个方案的现场管理的流程图。在该方法中，在730，现场控制面板从各个ped模块收集处理的数据，在735，从操作控制中心接收用于现场ped模块的参考参数。在740，采用这些信息基于来自操作控制中心的供给/需求请求700以及经处理的ped数据来执行负荷平衡计算。在745，将参考参数发送至ped模块，在755，将所选择的数据(包括每个ped模块的状态信息、一般统计以及警报)发送至操作控制中心。

图6-图8示出了根据本发明的一个方案的操作控制管理的流程图，在845，向前发送现场具体参考参数至附属现场。其中，在830，操作控制中心从附属水处理现场收集处理的数据。在840，与操作员反馈以及命令800一起，考虑可获得的现场具体数据算出负荷平衡计算。在845，将生成的参考参数发送至附属现场，在855，将所选择的状态、统计、警报以及合规信息显示在用户界面上，优选图形用户界面，以允许中心操作员监控附属现场的活动以及状态，并通过重写计算机生成的参数或者自动生成的请求800作出改变。

本领域普通技术人员将认识到的是，此处描述的参数和结构仅是示范性的，实际参数或者构建将取决于使用的系统和方法的具体应用。还将理解的是，仅仅使用常规实验，此处描述的实施例仅为例子呈现，在附随的权利要求及其等同结构的范围内，本发明能够实施为具体描述的之外的其他方式。

本专利申请/文献中描述的用于收集以及集合数据的系统/处理还能够用以从任何其他液体/流体净化或者过滤系统集合相同或者类似数据，而不仅仅是ped系统。

结论

在总结具体描述时，应该注意的是，对本领域的技术人员显而易见的，能够对优选实施例进行许多变化以及修改而不脱离本发明的原理。而且，此处这种变型和修改旨在包括在附随的权利要求陈述的本发明范围内。此外，在此后的权利要求中，所有装置或步骤加功能元件的结构、材料、动作及其等同物旨在包括用于执行它们陈述的功能的任何结构、材料或者动作。

应该强调的是，本发明的上述实施例、尤其任何“优选实施例”仅仅是实施方式的可能例子，仅仅是为了清楚理解本发明的原理而陈述的。能够对本发明的上述实施例进行任何变型和修改而不脱离本发明的原理。此处所有这种修改和变型旨在包括在本公开和本发明范围内并被以下权利要求保护。

利用一定程度的特殊性，已经足够详细描述了本发明。本领域的技术人员认识到其实用性。本领域的技术人员理解的是，已经仅通过例子进行了实施例的公开，能够对布置以及部件的组合进行多个改变而不超出宣称的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围由附随的权利要求限定，而不是由实施例的前述描述限定。