專利名稱：用于監(jiān)測集成系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及控制系統(tǒng)，并且更特別地涉及用于監(jiān)測集成系統(tǒng)和預(yù)測導(dǎo)致該集成系統(tǒng)的預(yù)期狀態(tài)的事件的控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
飛漲的燃料價(jià)格和縮減的水資源與出現(xiàn)的節(jié)約水和能量的全球行為模式一起迫使工業(yè)更高效地管理它們的電力和水利用。從而，工業(yè)正在識別方式來得到基于化石燃料的功耗和淡水?dāng)z取量中的顯著減少。一個(gè)實(shí)現(xiàn)功耗和淡水?dāng)z取量中的顯著減少的有希望的技術(shù)包括具有凈水單元和發(fā)電單元的集成系統(tǒng)。該發(fā)電單元利用來自該凈水單元的廢棄物來產(chǎn)生電力，并且該集成系統(tǒng)基于由該發(fā)電單元產(chǎn)生的電力操作。此外，在滿足該集成系統(tǒng)的電力需求后，過剩的電力用于一些其他應(yīng)用。該集成系統(tǒng)的例子是通用電氣的 waste-to-value系統(tǒng)，其采用靈活的方式發(fā)電并且產(chǎn)生工藝蒸汽(熱量)，同時(shí)再生可飲用的高質(zhì)水。典型地，凈水系統(tǒng)的關(guān)鍵單元或部件包括蒸煮器和膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor)，而發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵單元是往復(fù)式燃?xì)鈾C(jī)(reciprocating gas engine)或其類似物。該凈水系統(tǒng)釋放生物氣體作為廢棄物，其由該往復(fù)式燃?xì)鈾C(jī)消耗來產(chǎn)生電力。此外，該凈水系統(tǒng)的這些關(guān)鍵單元采用協(xié)調(diào)和互相依賴的方式操作，因此任何關(guān)鍵單元中的任何擾亂或變化影響這些關(guān)鍵單元中的剩余單元的功能性和性能。例如，到該蒸煮器的廢水饋送流可具有流速、流入的化學(xué)需氧量、總懸浮固體、總?cè)芙夤腆w、溫度、氮、磷、硫酸鹽和 PH中的顯著變化。該蒸煮器中的這些變化進(jìn)而影響例如該膜生物反應(yīng)器等下游工藝單元的操作。此外，凈水單元中的性能變化可引起該生物氣體的流速、組成和發(fā)熱量中的顯著變化，其引起燃?xì)鈾C(jī)的脫扣(tripping)，最終引起集成系統(tǒng)的擾亂和關(guān)閉。常規(guī)上，關(guān)鍵單元中的變化由實(shí)驗(yàn)室測試監(jiān)測。不幸地，這些實(shí)驗(yàn)室測試是耗時(shí)的并且不足以停止集成系統(tǒng)的頻繁擾亂(這導(dǎo)致大的死時(shí)間閉合回路響應(yīng))。同樣，集成系統(tǒng)的操作員不能夠在為時(shí)已晚之前檢測出集成系統(tǒng)的任何異常行為，由此引起代價(jià)大的關(guān)閉和維護(hù)。從而，由于沒有實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)監(jiān)測過程，不能監(jiān)測輸入饋送中的顯著變化，而導(dǎo)致集成系統(tǒng)的昂貴關(guān)閉。因此，實(shí)現(xiàn)整個(gè)集成系統(tǒng)在寬范圍變化存在的情況下在長連續(xù)操作時(shí)段期間的魯棒和穩(wěn)定操作是可取的。此外，具有配置成提前良好地預(yù)測集成系統(tǒng)中的顯著變化和擾動(dòng)， 并且采取隨后的校正動(dòng)作來防止集成系統(tǒng)受壓而導(dǎo)致關(guān)閉的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制系統(tǒng)，這是可取的。

發(fā)明內(nèi)容
簡潔地根據(jù)技術(shù)的一個(gè)方面，提供控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括配置成確定裝置的目前狀態(tài)并且將該裝置的該目前狀態(tài)與該裝置的預(yù)期狀態(tài)比較的估計(jì)器。該控制系統(tǒng)還包括操作耦合于該估計(jì)器并且配置成預(yù)測由該裝置執(zhí)行來達(dá)到該裝置的該預(yù)期狀態(tài)的事件的預(yù)測器。該控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括操作耦合于該預(yù)測器和該裝置并且配置成便于該預(yù)測的事件由該裝置執(zhí)行的監(jiān)控單元。根據(jù)本技術(shù)的另外的方面，提供用于監(jiān)測和控制裝置的方法。該方法包括利用系統(tǒng)參數(shù)確定裝置的目前狀態(tài)，將該裝置的該目前狀態(tài)與該裝置的預(yù)期狀態(tài)比較來確定該裝置的該目前狀態(tài)與該裝置的該預(yù)期狀態(tài)之間的差別，利用該裝置的該目前狀態(tài)與該裝置的該預(yù)期狀態(tài)之間的該差別預(yù)測事件來達(dá)到該裝置的該預(yù)期狀態(tài)，以及執(zhí)行該預(yù)測的事件來達(dá)到該裝置的該預(yù)期狀態(tài)。根據(jù)本技術(shù)的另外的方面，提供用于監(jiān)測和控制裝置的方法。該方法包括使用饋送流的實(shí)時(shí)總有機(jī)碳和顏色確定該裝置的該饋送流的實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量，確定該裝置的該饋送流的實(shí)時(shí)參數(shù)，通過對這些實(shí)時(shí)參數(shù)、預(yù)定參數(shù)、離線參數(shù)和該實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)估計(jì)技術(shù)來確定系統(tǒng)參數(shù)，利用這些系統(tǒng)參數(shù)確定該裝置的目前狀態(tài)，將該裝置的該目前狀態(tài)與該裝置的預(yù)期狀態(tài)比較來確定該裝置的該目前狀態(tài)與該裝置的該預(yù)期狀態(tài)之間的差別，以及利用該裝置的該目前狀態(tài)與該裝置的該預(yù)期狀態(tài)之間的該差別預(yù)測事件來達(dá)到該裝置的該預(yù)期狀態(tài)。根據(jù)本技術(shù)的另外的方面，提供用于監(jiān)測和控制蒸煮器的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括配置成確定該蒸煮器的目前狀態(tài)的估計(jì)器。該估計(jì)器進(jìn)一步配置成將該蒸煮器的該目前狀態(tài)與該蒸煮器的預(yù)期狀態(tài)比較。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括操作耦合于該估計(jì)器并且配置成預(yù)測由該蒸煮器執(zhí)行來達(dá)到該蒸煮器的該預(yù)期狀態(tài)的事件的預(yù)測器。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括操作耦合于該預(yù)測器和該蒸煮器并且配置成便于該預(yù)測的事件由該蒸煮器執(zhí)行的監(jiān)控單元。根據(jù)本技術(shù)的另外的方面，提供系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括凈水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。該凈水系統(tǒng)包括配置成從不純廢水提取大量化學(xué)需氧量來產(chǎn)生清除了化學(xué)需氧量的水的蒸煮器，與該蒸煮器操作關(guān)聯(lián)并且配置成感測該蒸煮器的饋送流的實(shí)時(shí)總有機(jī)碳和實(shí)時(shí)參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)感測裝置。該凈水系統(tǒng)進(jìn)一步包括膜生物反應(yīng)器，其與該蒸煮器操作關(guān)聯(lián)并且配置成通過從該清除了化學(xué)需氧量的水去除大量懸浮雜質(zhì)和任何剩余的化學(xué)需氧量而產(chǎn)生流出物(effluent)。該凈水單元進(jìn)一步包括反滲透單元，其與該膜生物反應(yīng)器操作關(guān)聯(lián)并且配置成從該流出物去除可溶解有機(jī)物和總?cè)芙夤腆w。該控制系統(tǒng)與該凈水系統(tǒng)操作關(guān)聯(lián)，并且包括配置成利用該實(shí)時(shí)總有機(jī)碳和這些實(shí)時(shí)參數(shù)確定該凈水系統(tǒng)的目前狀態(tài)的估計(jì)器。該估計(jì)器進(jìn)一步配置成將該凈水系統(tǒng)的該目前狀態(tài)與該凈水系統(tǒng)的預(yù)期狀態(tài)比較。 該控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括與該估計(jì)器操作關(guān)聯(lián)并且配置成預(yù)測由該凈水系統(tǒng)執(zhí)行來達(dá)到該凈水系統(tǒng)的該預(yù)期狀態(tài)的事件的預(yù)測器。該凈水系統(tǒng)進(jìn)一步包括操作耦合于該預(yù)測器和該凈水系統(tǒng)并且配置成便于該預(yù)測的事件由該凈水系統(tǒng)執(zhí)行的監(jiān)控單元。


當(dāng)下列詳細(xì)說明參照附圖(其中類似的符號在整個(gè)附圖中表示類似的部件)閱讀時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中圖1是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于監(jiān)測和控制集成系統(tǒng)的示范性系統(tǒng)的圖解視圖；圖2是根據(jù)本技術(shù)的方面圖示與裝置一起使用的示范性控制系統(tǒng)的圖解視圖；圖3是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于監(jiān)測和控制圖1的集成系統(tǒng)的控制圖；圖4是根據(jù)本技術(shù)的方面圖示用于監(jiān)測和控制裝置的示范性方法的流程6
圖5是根據(jù)本技術(shù)的方面圖示通過建立化學(xué)需氧量(COD)模型將軟傳感器編程的示范性方法的流程圖；圖6是根據(jù)本技術(shù)的方面圖示用于利用系統(tǒng)參數(shù)確定裝置的目前狀態(tài)的方法的流程圖；以及圖7是根據(jù)本技術(shù)的方面圖示用于確定對校正動(dòng)作的需要的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于監(jiān)測和控制集成系統(tǒng)11的示范性系統(tǒng)10的圖解視圖。如在圖1中圖示的，該集成系統(tǒng)11包括具有再生凈化水和寶貴能量的能力的凈水系統(tǒng)。根據(jù)本技術(shù)的方面，該凈水系統(tǒng)11可包括部件，例如送水單元12、第一均衡槽14、第一熱交換器15、蒸煮器16、第二均衡槽27、第二熱交換器觀、膜生物反應(yīng)器30、反滲透單元 32、氣體清潔單元18和發(fā)電單元22或其的組合等。盡管本技術(shù)參考該凈水系統(tǒng)描述，它可具有在其他系統(tǒng)中的應(yīng)用。根據(jù)本技術(shù)的另外的方面，系統(tǒng)10還可包括配置成監(jiān)測和控制集成系統(tǒng)11的控制系統(tǒng)40。如在圖1中圖示的，該控制系統(tǒng)40與集成系統(tǒng)11操作關(guān)聯(lián)。集成系統(tǒng)11通過該控制系統(tǒng)40的監(jiān)測和控制實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)11的連續(xù)和一致最佳操作。此外，送水單元12與第一均衡槽14操作關(guān)聯(lián)。如在圖1中示出的，第一均衡槽14 與第一熱交換器15操作關(guān)聯(lián)并且蒸煮器16操作耦合于第一熱交換器15。送水單元12攝取不純廢水，并且將該不純廢水傳輸?shù)降谝痪獠?4。第一均衡槽14可配置成吸收不純廢水的量中的變化(variation)。來自第一均衡槽14的不純廢水然后可被傳輸?shù)降谝粺峤粨Q器15。在一個(gè)實(shí)施例中，第一熱交換器15為蒸煮器16的優(yōu)化工作而將該不純廢水的溫度調(diào)整到預(yù)定溫度。可注意到第一熱交換器15可包括例如管殼式熱交換器、再生式熱交換器、絕熱輪熱交換器、鰭片式熱交換器、流體熱交換器、動(dòng)態(tài)刮面式熱交換器、相變熱交換器、多相熱交換器或螺旋型熱交換器。此外，繼在第一熱交換器15中的不純廢水溫度調(diào)整之后，不純廢水被傳輸?shù)秸糁笃?6。在一個(gè)實(shí)施例中，蒸煮器16可包括厭氧蒸煮器。在備選實(shí)施例中，蒸煮器16可包括
需氧蒸煮器。另外，如在圖1中描繪的，蒸煮器16可包括感測裝置20，其用于感測從第一熱交換器15接收的不純廢水的總有機(jī)碳(TOC)和實(shí)時(shí)參數(shù)。在目前預(yù)想的實(shí)施例中，蒸煮器16示為包括該感測裝置20。然而，在其他實(shí)施例中，該感測裝置20可被包含在圖1的部件中的一個(gè)或多個(gè)中。在某些實(shí)施例中，該感測裝置20可包括氣體流量計(jì)、熱量計(jì)、一個(gè)或多個(gè)硬傳感器和一個(gè)或多個(gè)軟傳感器。如本文使用的，術(shù)語“實(shí)時(shí)參數(shù)”可包括與水關(guān)聯(lián)并且實(shí)時(shí)確定的參數(shù)。此外，如本文使用的，術(shù)語“參數(shù)”指限定水的純度的水的可測量參量和/或性質(zhì)。例如包括其他的這些實(shí)時(shí)參數(shù)可包括pH、T0C、細(xì)菌濃度、微生物濃度、底物濃度、溫度、 生物氣體組成、堿度、硬度、氯化物和磷酸鹽的量、饋送流的實(shí)時(shí)顏色、饋送流的密度和生物氣體參量。在一個(gè)實(shí)施例中，蒸煮器16可從自第一熱交換器15接收的不純廢水提取大量化學(xué)需氧量(COD)。在從不純廢水提取COD之后，蒸煮器16產(chǎn)生清除了 COD的水并且釋放生物氣體。隨后，該生物氣體被傳輸?shù)綒怏w清潔單元18，其清潔生物氣體中的雜質(zhì)從而產(chǎn)生凈化的生物氣體。例如這些雜質(zhì)可包括除了生物氣體的氣體，例如等。氣體清潔單元 18然后將該凈化的生物氣體傳輸?shù)桨l(fā)電單元22，其利用該凈化的生物氣體產(chǎn)生電力。在某些實(shí)施例中，發(fā)電單元22可包括往復(fù)式燃?xì)鈾C(jī)。在再另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電單元22可包括 GEJenbacher機(jī)。此外，由發(fā)電單元22產(chǎn)生的該電力可利用于集成系統(tǒng)11的操作。同樣， 在其他實(shí)施例中，該電力可利用于其他工業(yè)設(shè)備的操作。繼清除了 COD的水的產(chǎn)生之后，清除了 COD的水的量中的變化可由第二均衡槽27 吸收。在一個(gè)實(shí)施例中，第二均衡槽27可包括總懸浮固體(TSS)去除系統(tǒng)(沒有示出)。 在再另一個(gè)實(shí)施例中，該TSS去除系統(tǒng)可包括夾帶空氣浮選系統(tǒng)(EAF)、溶解空氣浮選系統(tǒng) (DAF)、壓帶機(jī)、螺旋壓力機(jī)或相似裝置。此外，清除了 COD的水的溫度可在第二熱交換器28中調(diào)整。在清除了 COD的水的該溫度調(diào)整后，可產(chǎn)生溫度調(diào)整的清除了 COD的水。第二熱交換器觀例如可包括管殼式熱交換器、再生式熱交換器、絕熱輪熱交換器、鰭片式熱交換器、流體熱交換器、動(dòng)態(tài)刮面式熱交換器、相變熱交換器、多相熱交換器或螺旋型熱交換器。另外，溫度調(diào)整的清除了 COD的水被傳輸?shù)侥ど锓磻?yīng)器30，其與第二熱交換器 28操作關(guān)聯(lián)。膜生物反應(yīng)器30便于從自第二熱交換器觀接收的溫度調(diào)整的清除了 COD的水中去除任何剩余COD。膜生物反應(yīng)器30還便于大量懸浮雜質(zhì)從溫度調(diào)整的清除了 COD的水中去除。在通過膜生物反應(yīng)器30去除剩余COD和懸浮固體后，產(chǎn)生流出物。此外，流出物被傳輸?shù)椒礉B透單元32，其與膜生物反應(yīng)器30操作關(guān)聯(lián)。反滲透單元32從流出物去除可溶解有機(jī)物和總?cè)芙夤腆w(TDQ。在從流出物去除這些可溶解有機(jī)物和TDS后，產(chǎn)生可飲用水。圖2是根據(jù)本技術(shù)的方面圖示與裝置一起使用的示范性控制系統(tǒng)40的一個(gè)實(shí)施例的圖解視圖。如參照圖1說明的，控制系統(tǒng)40可配置成為該裝置的優(yōu)化和高效工作而監(jiān)測和控制該裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，該裝置可包括集成系統(tǒng)11 (參見圖1)。然而，在其他實(shí)施例中，該裝置可包括蒸煮器16 (參見圖1)、膜生物反應(yīng)器30 (參見圖1)、第一均衡槽14(參見圖1)、第一熱交換器15(參見圖1)、第二均衡槽27(參見圖1)、第二熱交換器 28 (參見圖1)、發(fā)電單元22 (參見圖1)或其的組合。根據(jù)目前預(yù)想的配置，控制系統(tǒng)40可包括監(jiān)控單元M和控制模型26。此外，如在圖2中描繪的，該控制模型沈可包括化學(xué)需氧量軟傳感器42、估計(jì)器44、預(yù)測器46和事件檢測器48。COD軟傳感器42與估計(jì)器44操作通信。COD軟傳感器42可配置成確定對應(yīng)于到裝置的饋送流的實(shí)時(shí)總有機(jī)碳(TOC)的實(shí)時(shí)COD。在一個(gè)實(shí)施例中，該實(shí)時(shí)TOC可由感測裝置20 (參見圖1)確定。此外，COD軟傳感器42可配置成利用COD模型確定實(shí)時(shí)COD。根據(jù)本技術(shù)的方面，COD模型可通過將饋送流的離線TOC和顏色映射到對應(yīng)的離線COD來確定饋送流的這些離線TOC和實(shí)時(shí)顏色與這些對應(yīng)的離線COD之間的關(guān)系而建立。在一個(gè)實(shí)施例中，這些離線COD和離線TOC可分別通過使用COD實(shí)驗(yàn)室測試和TOC實(shí)驗(yàn)室測試確定。在某些實(shí)施例中，饋送流的顏色可由感測裝置20(參見圖1)確定。用于確定饋送流的顏色的感測裝置20例如可包括熱量計(jì)。同樣，在一個(gè)實(shí)施例中，饋送流的這些離線TOC和顏色與這些對應(yīng)的離線COD之間的關(guān)系通過使用人工智能確定。另外，控制模型沈的估計(jì)器44可配置成利用實(shí)時(shí)參數(shù)、實(shí)時(shí)COD、離線參數(shù)和預(yù)定參數(shù)來確定系統(tǒng)參數(shù)。這些系統(tǒng)參數(shù)例如可包括細(xì)菌濃度、底物濃度、微生物濃度、裝置 COD、揮發(fā)性脂肪酸濃度、堿度、裝置T0C、硬度、氨濃度、磷酸鹽濃度、硫酸鹽濃度、生物氣體組成、裝置PH或其的組合。如本文使用的，術(shù)語“預(yù)定參數(shù)”可用于指當(dāng)裝置在穩(wěn)態(tài)狀況中操作時(shí)與裝置的饋送流關(guān)聯(lián)的參數(shù)。更特別地，術(shù)語“預(yù)定參數(shù)”可用于指當(dāng)裝置在優(yōu)化狀況中操作時(shí)裝置的饋送流的參數(shù)。也就是說，術(shù)語“預(yù)定參數(shù)”可用于代表裝置的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。此外，如本文使用的，術(shù)語“離線參數(shù)”可代表離線確定的參數(shù)。同樣，這些離線參數(shù)可通過利用實(shí)驗(yàn)室測試確定。這些離線參數(shù)例如可包括pH、T0C、COD、細(xì)菌濃度(MLSS)、底物濃度、微生物濃度、氮、磷酸鹽濃度、硫酸鹽濃度、溫度、生物氣體組成、堿度、硬度、氯化物的量和生物氣體參量。繼續(xù)參照圖2，估計(jì)器44可進(jìn)一步配置成確定裝置的目前狀態(tài)，并且將裝置的該目前狀態(tài)與裝置的預(yù)期狀態(tài)比較。在一個(gè)實(shí)施例中，估計(jì)器44使用系統(tǒng)參數(shù)確定裝置的該目前狀態(tài)。如本文使用的，術(shù)語“裝置的目前狀態(tài)”可用于指裝置的操作狀況。此外，術(shù)語 “裝置的預(yù)期狀態(tài)”可用于指當(dāng)裝置在優(yōu)化狀況中操作時(shí)裝置的穩(wěn)態(tài)操作狀況。也就是說， 術(shù)語“裝置的預(yù)期狀態(tài)”可用于指當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)與預(yù)定參數(shù)大致上相似時(shí)裝置的狀態(tài)。此外，如在目前預(yù)想的實(shí)施例中說明的，預(yù)測器46操作耦合于估計(jì)器44，并且配置成預(yù)測要由裝置執(zhí)行來使裝置能夠達(dá)到裝置的隨后狀態(tài)的事件。該預(yù)測的事件可包括濃度中的改變、變化或調(diào)節(jié)，例如PH中的改變、生物量濃度中的改變、堿度中的改變、無機(jī)碳中的改變、氮和磷水平中的改變、氫濃度中的改變或其的組合。另外，事件檢測器48示為與預(yù)測器46和監(jiān)控單元M操作關(guān)聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中， 事件檢測器48配置成確定裝置在執(zhí)行預(yù)測的事件后的隨后狀態(tài)。在再另一個(gè)實(shí)施例中，事件檢測器48可配置成當(dāng)裝置的隨后狀態(tài)不同于裝置的預(yù)期狀態(tài)時(shí)確定裝置的校正動(dòng)作。 該校正動(dòng)作例如可包括輸入饋送率中的改變、COD濃度中的改變、溫度中的改變、氧化還原電勢中的改變、養(yǎng)分添加中的改變、化學(xué)制品、添加、再播和生物強(qiáng)化。在確定該校正動(dòng)作后，監(jiān)控單元M校正估計(jì)器44和預(yù)測器46。在某些實(shí)施例中，監(jiān)控單元M通過改變估計(jì)器44和預(yù)測器46的狀態(tài)來校正預(yù)測器46和估計(jì)器44。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)測器46和估計(jì)器44的狀態(tài)可通過確定離線參數(shù)并且利用離線參數(shù)更新估計(jì)器44和預(yù)測器46來改變。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，圖示用于監(jiān)測和控制例如圖1的集成系統(tǒng)11等集成系統(tǒng)的控制圖 60。在目前預(yù)想的實(shí)施例中，標(biāo)號62代表饋送。在某些實(shí)施例中，該饋送62與實(shí)時(shí)參數(shù)相似。此外，標(biāo)號64代表設(shè)定點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)定點(diǎn)64可代表預(yù)定參數(shù)。此外，第一邏輯66接收反饋控制78、該設(shè)定點(diǎn)64、前饋控制68和該饋送62作為輸入來確定優(yōu)化控制。這些優(yōu)化控制可由監(jiān)控單元M對集成系統(tǒng)11實(shí)現(xiàn)來使集成系統(tǒng)11的優(yōu)化的工作成為可能。此外，如在圖3中圖示的，事件檢測器48與集成系統(tǒng)11操作通信。事件檢測器48 可在實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制后確定集成系統(tǒng)11的隨后狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，集成系統(tǒng)11的隨后狀態(tài)可代表反饋控制78。也就是說，反饋控制78可包括隨后狀態(tài)控制，其限定集成系統(tǒng)11 的隨后狀態(tài)，該隨后狀態(tài)在優(yōu)化控制由監(jiān)控單元M對集成系統(tǒng)11實(shí)現(xiàn)后獲得。在某些實(shí)施例中，優(yōu)化控制可代表預(yù)測的事件。在再另一個(gè)實(shí)施例中，校正動(dòng)作可代表反饋控制78。繼續(xù)參照圖3，第二邏輯72可配置成接收前饋控制68和設(shè)定點(diǎn)64。該第二邏輯 72將前饋控制68和設(shè)定點(diǎn)64傳輸?shù)娇刂颇Ｐ?6。隨后，可由離線處理器70實(shí)行離線分析來確定離線參數(shù)。如在圖3中圖示的，控制模型沈可在步驟74確定系統(tǒng)參數(shù)并且在步驟76確定集成系統(tǒng)11的目前狀態(tài)。此外，預(yù)測器46利用系統(tǒng)參數(shù)和集成系統(tǒng)11的目前狀態(tài)用于確定預(yù)測的事件。在某些實(shí)施例中，預(yù)測的事件可代表前饋控制68。圖4是根據(jù)本技術(shù)的方面圖示用于監(jiān)測和控制例如集成系統(tǒng)11 (參見圖1)等裝置的示范性方法的流程圖80。標(biāo)號82可代表實(shí)時(shí)T0C。實(shí)時(shí)TOC可通過利用感測裝置 20(參見圖1)確定。該方法在步驟84開始，其中實(shí)時(shí)參數(shù)可使用感測裝置20(參見圖1) 確定。此外，在步驟86，可確定對應(yīng)于饋送流的實(shí)時(shí)T0C82和顏色的實(shí)時(shí)COD。如參照圖1 圖示的，饋送流的顏色可是實(shí)時(shí)參數(shù)中的一個(gè)，從而可由感測裝置20(參見圖1)確定?？蓞⒄請D5更好地理解對應(yīng)于饋送流的實(shí)時(shí)TOC和顏色的實(shí)時(shí)COD的確定?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，描繪根據(jù)本技術(shù)的方面圖示通過建立化學(xué)需氧量模型將例如COD 軟傳感器42 (參見圖2)等軟傳感器編程的示范性方法的流程圖110。標(biāo)號112可代表離線 T0C，而饋送流的顏色可由標(biāo)號113代表。此外，標(biāo)號114可代表對應(yīng)的離線COD。該方法在步驟116開始，其中饋送流113的離線TOC 112和顏色映射到對應(yīng)的離線COD。在步驟116 映射后，建立了饋送流113的離線TOC 112和顏色與對應(yīng)的離線COD 114之間的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，該關(guān)系可使用人工智能對饋送流113的離線TOC 112和顏色與對應(yīng)的離線 COD 114 確定。繼續(xù)參照圖5，饋送流113的離線TOC 112和顏色與對應(yīng)的離線COD 114之間的關(guān)系用于建立COD模型，如由步驟118指示的。如本文使用的，術(shù)語“COD模型”可用于指能夠確定對應(yīng)于實(shí)時(shí)TOC的實(shí)時(shí)COD的模型。繼建立COD模型之后，COD軟傳感器42可利用COD模型程序化，如在步驟120中描繪的。COD軟傳感器42可用于確定對應(yīng)于饋送流的實(shí)時(shí)TOC和顏色的實(shí)時(shí)COD。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)時(shí)TOC可由感測裝置20(參見圖1)確定。如之前參照圖1指出的，饋送流的顏色可有熱量計(jì)確定。返回參照圖4，在步驟88，確定裝置的目前狀態(tài)。如之前參照圖2指出的，估計(jì)器 44確定裝置的目前狀態(tài)。參照圖6可更好地理解裝置的目前狀態(tài)的確定。現(xiàn)在參照圖6，描繪根據(jù)本技術(shù)的方面圖示用于利用系統(tǒng)參數(shù)確定裝置的目前狀態(tài)的方法的流程圖130。標(biāo)號132可代表實(shí)時(shí)參數(shù)，而標(biāo)號94可代表預(yù)定參數(shù)(參見圖4)。 同樣，標(biāo)號138可代表離線參數(shù)，而標(biāo)號134可代表實(shí)時(shí)COD 134。該方法在步驟140開始， 其中可利用實(shí)時(shí)參數(shù)132、離線參數(shù)138、預(yù)定參數(shù)94和實(shí)時(shí)COD 134確定系統(tǒng)參數(shù)。如之前參照圖2指出的，這些系統(tǒng)參數(shù)可由估計(jì)器44確定。這些系統(tǒng)參數(shù)一般可由標(biāo)號142代表。在某些實(shí)施例中，估計(jì)器44可通過應(yīng)用數(shù)學(xué)公式確定系統(tǒng)參數(shù)142。根據(jù)本技術(shù)的示范性方面，方程(1)至(3)代表系統(tǒng)參數(shù)142通過應(yīng)用公式的確定。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)產(chǎn)酸相的饋送流濃度和細(xì)菌濃度分別由\和\代表時(shí)，產(chǎn)烷相的微生物濃度和底物濃度分別由\和&代表，堿度、無機(jī)碳和氨濃度分別由x5、X7和\ 代表，那么&、&、&、&、&、&和)(8的濃度中的改變可由控制仿射方程(1)代表為X = f(X) + g(X).u(1)其中Z是濃度矢量中的改變并且X可由X= 1，知知&，知&，幻1代表。同樣，在方程(1)中，u可通過利用方程(2)確定如下u = [D，Xljin, T，pHin，X5jin, X8,in]T (2)其中u是所有影響裝置的參數(shù)的矢量，D是稀釋率，其是饋送流流速與裝置的容積的比率，并且T是裝置的溫度。此外，在方程O)中，下標(biāo)in指示饋送流的實(shí)時(shí)參數(shù)、離線參數(shù)和/或預(yù)定參數(shù)。此外，系統(tǒng)參數(shù)142可由方程(3)確定如下Y = f (X) (3)其中Y可代表系統(tǒng)參數(shù)。此外，如果預(yù)定參數(shù)94由f代表，那么事件的預(yù)測中的漂移可確定為Y和f的差別。在確定系統(tǒng)參數(shù)142后，可在步驟144確定裝置的目前狀態(tài)。如之前參照圖2指出的，裝置的目前狀態(tài)可由估計(jì)器44確定。返回參照圖4，在步驟90，在步驟88確定的裝置的目前狀態(tài)與裝置的預(yù)期狀態(tài)比較。此外，裝置的目前狀態(tài)與裝置的預(yù)期狀態(tài)的比較實(shí)現(xiàn)了裝置的目前狀態(tài)與裝置的預(yù)期狀態(tài)之間的差別的確定。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置的預(yù)期狀態(tài)可通過確定預(yù)定參數(shù)94(參見圖6)確定。繼確定裝置的目前狀態(tài)與裝置的預(yù)期狀態(tài)之間的差別之后，在步驟96預(yù)測事件， 其中該預(yù)測的事件可使裝置能夠達(dá)到預(yù)期狀態(tài)。如參照圖2說明的，該事件由預(yù)測器46預(yù)測。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)測器46預(yù)測該事件，使得該預(yù)測的事件的實(shí)現(xiàn)使裝置的優(yōu)化工作成為可能。更特別地，該預(yù)測的事件的實(shí)現(xiàn)使裝置能夠達(dá)到裝置的預(yù)期狀態(tài)。如之前指出的，該預(yù)測的事件例如可包括輸入饋送的加熱或冷卻、化學(xué)制品的添加、產(chǎn)酸細(xì)菌濃度中的增加或減小、產(chǎn)烷細(xì)菌濃度中的增加或減小、細(xì)菌活性中的增加或減小、穩(wěn)固該裝置的一個(gè)或多個(gè)部件、輸入饋送的氧含量中的增加或減小、或其的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，可控制該裝置來實(shí)現(xiàn)如由步驟98指示的預(yù)測事件。如之前參照圖2指出的，監(jiān)控單元M控制裝置來實(shí)現(xiàn)預(yù)測的事件。更特別地，監(jiān)控單元M可配置成控制該裝置來實(shí)現(xiàn)預(yù)測的事件以使裝置能夠達(dá)到預(yù)期狀態(tài)。此外，在步驟100，確定實(shí)現(xiàn)預(yù)測的事件的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，通過確定裝置在實(shí)現(xiàn)預(yù)測的事件后的隨后狀態(tài)(參見圖2)而確定預(yù)測的事件的影響。如參照圖2說明的， 事件檢測器48 (參見圖幻確定裝置的隨后狀態(tài)。在確定實(shí)現(xiàn)預(yù)測的事件的影響后，可在步驟102確定校正動(dòng)作來最小化事件的預(yù)測中的任何誤差。此外，如之前參照圖2指出的，事件檢測器48可配置成確定該校正動(dòng)作。 在一個(gè)實(shí)施例中，可在需要有校正動(dòng)作時(shí)確定該校正動(dòng)作?？蓞⒄請D7更好地理解對校正動(dòng)作的需要的確定。圖7是根據(jù)本技術(shù)的方面圖示用于確定對校正動(dòng)作的需要的方法的流程圖150。 標(biāo)號152代表預(yù)測的事件。通過示例，標(biāo)號152可代表在步驟96 (參見圖4)產(chǎn)生的該預(yù)測的事件。該方法在步驟1 開始，其中確定裝置的隨后狀態(tài)。在確定該隨后狀態(tài)之后，可在步驟156進(jìn)行檢查來確定裝置的該隨后狀態(tài)是否與裝置的預(yù)期狀態(tài)相似。在步驟156，如果驗(yàn)證了裝置的該隨后狀態(tài)與裝置的預(yù)期狀態(tài)大致上相似，那么可做出結(jié)論是沒有校正動(dòng)作是必需的，如由標(biāo)號160指示的。然而，在步驟156，如果驗(yàn)證了裝置的該隨后狀態(tài)與裝置的預(yù)期狀態(tài)不同，那么可做出結(jié)論是校正動(dòng)作可是期望的，如由標(biāo)號158指示的。如之前參照
11圖2指出的，事件檢測器48可配置成確定該校正動(dòng)作。返回參照圖4，在由步驟102處理后，如果確定校正動(dòng)作是期望的，那么可實(shí)現(xiàn)該校正動(dòng)作來最小化事件的預(yù)測中的任何誤差，如由步驟104描繪的。如之前指出的，該校正動(dòng)作由監(jiān)控單元對(參見圖2)實(shí)現(xiàn)來最小化事件的預(yù)測中的誤差。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)需要有該校正動(dòng)作時(shí)，監(jiān)控單元M對估計(jì)器44 (參見圖2)和預(yù)測器46 (參見圖2)實(shí)現(xiàn)該校正動(dòng)作。通過應(yīng)用上文描述的技術(shù)，可提前良好地確定裝置中的顯著變化和擾動(dòng)，并且可采取隨后的校正動(dòng)作來防止系統(tǒng)受壓。從而，本技術(shù)為了系統(tǒng)的優(yōu)化工作而提供實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制系統(tǒng)并且防止系統(tǒng)關(guān)閉。此外，所說明的技術(shù)提高裝置的可靠性并且減少裝置的關(guān)閉次數(shù)。盡管僅本發(fā)明的某些特征已經(jīng)在本文中圖示和描述，許多修改和改變將被本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到。因此，要理解附上的權(quán)利要求意在覆蓋所有這樣的修改和改變，它們落入本發(fā)明的真正精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制系統(tǒng)，其包括估計(jì)器，其配置成確定裝置的目前狀態(tài)；將所述裝置的目前狀態(tài)與所述裝置的預(yù)期狀態(tài)比較；預(yù)測器，其操作耦合于所述估計(jì)器并且配置成預(yù)測事件以供所述裝置執(zhí)行來達(dá)到所述裝置的預(yù)期狀態(tài)；以及監(jiān)控單元，其操作耦合于所述預(yù)測器和所述裝置，并且配置成便于所預(yù)測的事件由所述裝置執(zhí)行。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述裝置包括蒸煮器、膜生物反應(yīng)器、熱交換器、燃?xì)鈾C(jī)、集成系統(tǒng)或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，其配置成確定到所述裝置的饋送流的實(shí)時(shí)參數(shù)和實(shí)時(shí)總有機(jī)碳。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括軟傳感器，其配置成從所述實(shí)時(shí)總有機(jī)碳確定對應(yīng)的實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述軟傳感器配置成利用化學(xué)需氧量模型確定所述對應(yīng)的實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中通過將所述饋送流的離線總有機(jī)碳和顏色映射到對應(yīng)的離線化學(xué)需氧量來確定所述離線總有機(jī)碳和所述對應(yīng)的離線化學(xué)需氧量之間的關(guān)系而建立所述化學(xué)需氧量模型，其中所述饋送流的顏色是所述實(shí)時(shí)參數(shù)。
7.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述估計(jì)器配置成利用所述實(shí)時(shí)參數(shù)、所述實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量、離線參數(shù)和預(yù)定參數(shù)來確定系統(tǒng)參數(shù)，其中所述預(yù)定參數(shù)代表所述裝置的穩(wěn)態(tài)參數(shù)，并且離線參數(shù)代表離線確定的所述裝置的參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述估計(jì)器配置成使用所述系統(tǒng)參數(shù)確定所述裝置的目前狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所預(yù)測的事件包括所述裝置的PH中的改變、生物量濃度中的改變、堿度中的改變、無機(jī)碳中的改變、氮和磷水平中的改變、氫濃度中的改變或其的組合。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括操作耦合于所述監(jiān)控單元和所述預(yù)測器的事件檢測器。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述事件檢測器配置成確定所述裝置在執(zhí)行所預(yù)測的事件后的隨后狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述事件檢測器配置成如果所述裝置的隨后狀態(tài)不同于所述裝置的預(yù)期狀態(tài)則確定校正動(dòng)作。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述事件檢測器配置成將所述校正動(dòng)作傳送給所述監(jiān)控單元。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述監(jiān)控單元配置成通過實(shí)施所述校正動(dòng)作來校正所述預(yù)測器和所述估計(jì)器。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述校正動(dòng)作包括輸入饋送率中的改變、COD濃度中的改變、溫度中的改變、氧化還原電勢中的改變、養(yǎng)分添加中的改變、化學(xué)制品、添加、再播和生物強(qiáng)化。
16.一種用于監(jiān)測和控制裝置的方法，其包括 利用系統(tǒng)參數(shù)確定裝置的目前狀態(tài)；將所述裝置的目前狀態(tài)與所述裝置的預(yù)期狀態(tài)比較來確定所述裝置的目前狀態(tài)與所述裝置的預(yù)期狀態(tài)之間的差別；利用所述裝置的目前狀態(tài)與所述裝置的預(yù)期狀態(tài)之間的差別來預(yù)測事件以達(dá)到所述裝置的預(yù)期狀態(tài)；以及執(zhí)行所預(yù)測的事件來達(dá)到所述裝置的預(yù)期狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中確定所述裝置的目前狀態(tài)包括 使用實(shí)時(shí)總有機(jī)碳確定所述裝置的輸入饋送的實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量； 確定所述裝置的所述輸入饋送的實(shí)時(shí)參數(shù)；以及通過對所述實(shí)時(shí)參數(shù)、預(yù)定參數(shù)、和所述實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)估計(jì)技術(shù)來確定系統(tǒng)參數(shù)，其中所述預(yù)定參數(shù)代表所述裝置的穩(wěn)態(tài)參數(shù)，并且所述離線參數(shù)代表離線確定的參數(shù)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述裝置是蒸煮器、膜生物反應(yīng)器、熱交換器、反滲透裝置、集成系統(tǒng)或其組合。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括確定在執(zhí)行所預(yù)測的事件后所預(yù)測的事件對所述裝置的影響。
20.一種用于監(jiān)測和控制裝置的方法，其包括使用實(shí)時(shí)總有機(jī)碳確定所述裝置的輸入饋送的實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量； 確定所述裝置的所述輸入饋送的實(shí)時(shí)參數(shù)；通過對所述實(shí)時(shí)參數(shù)、預(yù)定參數(shù)、離線參數(shù)和所述實(shí)時(shí)化學(xué)需氧量應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)估計(jì)技術(shù)來確定系統(tǒng)參數(shù)；利用所述系統(tǒng)參數(shù)確定所述裝置的目前狀態(tài)；將所述裝置的目前狀態(tài)與所述裝置的預(yù)期狀態(tài)比較來確定所述裝置的目前狀態(tài)與所述裝置的預(yù)期狀態(tài)之間的差別；以及利用所述裝置的目前狀態(tài)與所述裝置的預(yù)期狀態(tài)之間的差別來預(yù)測事件以達(dá)到所述裝置的預(yù)期狀態(tài)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括 執(zhí)行所預(yù)測的事件來達(dá)到所述裝置的預(yù)期狀態(tài)； 確定和分析所預(yù)測的事件對所述裝置的影響；以及確定校正動(dòng)作來最小化所述事件的預(yù)測中的誤差。
22.一種用于監(jiān)測和控制蒸煮器的控制系統(tǒng)，其包括 估計(jì)器，其配置成確定所述蒸煮器的目前狀態(tài)；將所述蒸煮器的目前狀態(tài)與所述蒸煮器的預(yù)期狀態(tài)比較；預(yù)測器，其操作耦合于所述估計(jì)器，并且配置成預(yù)測事件以供所述蒸煮器執(zhí)行來達(dá)到所述蒸煮器的預(yù)期狀態(tài)；以及監(jiān)控單元，其操作耦合于所述預(yù)測器和所述蒸煮器，并且配置成便于所預(yù)測的事件由所述蒸煮器執(zhí)行。
23.—種系統(tǒng)，其包括 凈水系統(tǒng)，其包括配置成從不純廢水提取大量化學(xué)需氧量來產(chǎn)生清除了化學(xué)需氧量的水的蒸煮器； 與所述蒸煮器操作關(guān)聯(lián)并且配置成感測到所述蒸煮器的饋送的實(shí)時(shí)總有機(jī)碳和實(shí)時(shí)參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)感測裝置；膜生物反應(yīng)器，其與所述蒸煮器操作關(guān)聯(lián)并且配置成通過從所述清除了化學(xué)需氧量的水中去除大量懸浮雜質(zhì)和任何剩余的化學(xué)需氧量來產(chǎn)生流出物；反滲透單元，其與所述膜生物反應(yīng)器操作關(guān)聯(lián)并且配置成從所述流出物去除可溶解有機(jī)物和總?cè)芙夤腆w；控制系統(tǒng)，其與所述凈水系統(tǒng)操作關(guān)聯(lián)，其中所述控制系統(tǒng)包括 估計(jì)器，其配置成利用所述實(shí)時(shí)總有機(jī)碳和所述實(shí)時(shí)參數(shù)確定所述凈水系統(tǒng)的目前狀態(tài)； 將所述凈水系統(tǒng)的目前狀態(tài)與所述凈水系統(tǒng)的預(yù)期狀態(tài)比較； 預(yù)測器，其與所述估計(jì)器操作關(guān)聯(lián)并且配置成預(yù)測事件以供所述凈水系統(tǒng)執(zhí)行來達(dá)到所述凈水系統(tǒng)的預(yù)期狀態(tài)；以及監(jiān)控單元，其操作耦合于所述預(yù)測器和所述凈水系統(tǒng)并且配置成便于所預(yù)測的事件由所述凈水系統(tǒng)執(zhí)行。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述凈水系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)熱交換器， 其配置成調(diào)整到所述膜生物反應(yīng)器、所述蒸煮器、所述反滲透單元或其組合的饋送流的溫度。
25.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述凈水系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)均衡槽，其配置成吸收所述饋送流中的變化。
全文摘要
一種控制系統(tǒng)包括配置成確定裝置的目前狀態(tài)并且將該裝置的該目前狀態(tài)與該裝置的預(yù)期狀態(tài)比較的估計(jì)器。該控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括操作耦合于該估計(jì)器并且配置成預(yù)測事件以供該裝置執(zhí)行來達(dá)到該裝置的預(yù)期狀態(tài)的預(yù)測器。該控制系統(tǒng)還包括操作耦合于該預(yù)測器和該裝置并且配置成便于該預(yù)測的事件由該裝置執(zhí)行的監(jiān)控單元。
文檔編號G05B13/04GK102369487SQ201080015759
公開日2012年3月7日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者A·R·科爾瓦卡, F·利貝拉托爾, R·奈克, S·S·沙, V·普拉薩德 申請人:通用電氣公司