CN102341352A - 处理过的水向区域供水网络的调控性供应 - Google Patents

Abstract

水从自来水供应站(6)供应至主供应管道(12)，所述主供应管道经多个区域供水网络(14，16，18)各自的减压阀(20，22，24)，以各自的区域压力向所述多个区域供水网络供水。各区域供水网络有一个与水的性质有关的参数的临界值，其可能是水压或水处理剂浓度。各网络都有一个临界点，在临界点的参数数值被认为是可以接受的最低限度。监测各区域供水网络(14，16，18)的水供应特性，并对供应至主供应管道的水进行处理，以确保各临界点保持可接受的参数数值。水的处理可包括控制一个或多个对供应到主供应管道(12)中的水加压的泵的输出，或者它可包括控制水处理剂的添加。并且，所述水的处理可取决于以下的一个或多个因素：时间、每天中的某个小时、季节、环境气温。

Description

处理过的水向区域供水网络的调控性供应

技术领域

本发明涉及自来水供应，尤其涉及在配水系统的临界点的供水参数控制。

背景技术

自来水配水系统的压力是由泵和/或蓄水池、水塔或类似设施中的重力水压产生的。供水管主干线中的压力显著高于用户所需要的，不管是家庭的、农业的或者工业的用户均是如此。在一个典型的配水系统中，大量的用户被安排在一个区域，水从供应网主干线通过减压阀(PRV)对所述区域进行供应。一般地，该区域被称为分区计量地区(DMA)。

从历史上看，用于特定区域的PRV的输出压力是固定的。尽管PRV的设计有几种变化，但球形隔膜驱动阀是英国的行业标准。安装一些PRV以产生固定的压力减少量。其他的是按照导向阀设计的，所述导向阀可以改变阀的位置，以至于不管输入压力或流速大小，都能自动产生固定的输出压力。所述固定的输出压力必须足够高，以确保DMA各处、尤其是在最大期望流速下出现最大压力损失的位置有足够的压力，所述位置可能是DMA中距离PRV的最高和/或最远的点。一般地，在来自PRV的给定的输出压力下，压力最低的点称为临界点，并且其一般是距离PRV最高和/或最远的点。但是，应当认识到，在一个特定的DMA中，临界点可能会多于一个，并且临界点会发生变化。

这种配置方案的一个问题在于，在DMA中，在特定的时间或在特定的条件下，固定的压力可能会高于确保临界点或每个临界点具有足够压力所需要的压力。众所周知，系统压力与DMA中的泄漏流速和爆裂速率两者存在联系。因此，如果输出压力能够低于固定压力，并且在临界点仍能提供足够的压力，那么发生泄漏和爆裂的风险便会降低。

有建议PRV的输出应为可变的，以便使压力能根据需求而变化，从而降低DMA内的平均压力和减少泄漏和爆裂问题。积极地控制压力的其他优点包括：减轻管道网络的疲劳度、为用户提供更加稳定的供应压力以及降低与压力相关的损耗。

GB2405957公开了一种应用导向阀控制PRV的系统。压力反馈级包括产生水压损失的闸阀，所述水压损失随着流经PRV而增强。水压损失使得水在旁通管内流动，所述旁通管内结合有文氏管(venturi)。导向阀受到文氏管处的压力控制。该压力随着流速增加而降低，从而导致导向阀随着流速增大而提高PRV的输出压力。

还有建议采用控制器对导向阀进行电力控制。EP-0574241公开了一种依照从历史数据得到的压力-时间曲线来改变PRV输出压力的系统。这种压力-时间调节系统基于这样的假设：需求是随时间循环地可预测的。EP-0574241还涉及一种可选择的设计，在该设计中，与输出压力作为时间的函数来控制的方案不同，它是作为流速的函数进行控制的。

WO2008/090359公开了一种用于调节为用户区供水的减压阀输出压力的控制器，其中所述控制器包括时钟，一个处理器被配置为使用时间数据、存储参数以及流速，以便调节所述减压阀以依据流速和时间两者提供所需的输出压力。

在WO2008/090359所述的系统的一个优选实施方式中，远程数据处理设备从控制器接收记录的数据，以及从临界点附近的压力传感器接收临界点压力数据。远程数据设备利用从控制器接收到的记录数据和临界点压力数据计算待传输到控制器的参数。优选地，传输到控制器的参数覆盖一段时间，该时间要长于控制器与远程数据处理设备之间进行数据通信的时间间隔。

因此，WO2008/090359公开的系统用于控制DMA内水压，从而使需要的压力保持在临界点上，同时来自PRV的输出压力并未维持在一个不必要的高水平上。当然，确保从供应主干线到PRV的输入压力处于足够高的水平上，从而为PRV提供所需的输出压力是必要的。因此，维持供应主干线网络的来自主泵水站的水压足够高，以确保对于每个由网络供应的DMA来说，输入压力足够高以满足DMA的需求。

发明内容

本发明的一个方面涉及泵水站的输出压力控制，以便在满足所有DMA压力需求的同时，不用使输出压力没有必要地过高。

在DMA内，除了压力，还有其他的供水参数可以进行控制，而且还有其他类型的临界点。例如，考虑通过向水中添加氯或其他消毒剂来灭菌的水处理。应该有一个有效消毒所需的最低的消毒剂浓度，也应该有一个消毒剂浓度的临界点，在此处的浓度低于DMA内任何其他地方(该临界点可能与压力的临界点不同)。但是，消毒剂的用量须小心控制，以确保在消毒剂足够的同时，避免消毒剂的过量应用。过量使用消毒剂可导致用户对口味、气味或皮肤刺激的不满；带来可能的健康风险；以及导致不必要的购买化学品的费用。

传统上，通过添加消毒剂的水处理工艺要在水被引入主干线网络之前进行。因此，本发明的另一个方面涉及对消毒剂或其他水处理剂的集中添加的控制，以确保在满足所供应的DMA对试剂浓度的需求的同时，浓度不会不必要或不期望地过高。

需要认识到，为了监测DMA内临界点的消毒剂，可以监测临界点处消毒剂的浓度和/或细菌的浓度。

在最广泛的方面，本发明包括控制水压或向为大量DMA供水的集中供水站的水中添加试剂。因此，从这个方面来看，本发明提供了一种水处理方法，所述水是从自来水供应站供应到主供应管道，主供应管道将水运输到多个区域供水网络，每个区域供水网络通过各自的减压阀与主供应管道连接起来，所述减压阀以各自的区域压力向区域供水网络供水，其中：

对于每个区域供水网络，都有一个与该区域供水网络中水的性质有关的参数的区域临界值，所述区域临界值代表在区域供水网络中可接受与不可接受的参数数值之间的界限；以及

对于每个区域供水网络，有一个特定的区域供水网络的临界点，与同一区域供水网络的其他点相比，此处的参数的数值被认为是可以接受的最低限度；

以及其中方法包括：

监测与各区域供水网络有关的水供应特性，以提供监测数据；

利用监测数据建立控制数据，以控制从主供水站供应至主供应管道的水的处理，从而确保在各区域供水网络中的临界点能够维持各自可接受的参数数值；以及

依据控制数据对供至主供应管道的水进行处理。

在某些配置方案中，参数是水压，各区域供水网络的临界点为压力临界点，对供至主供应管道的水的处理包括控制供至主供应管道的水的压力，并且所述控制数据管理水压。

因此，假设例如有三个区域供水网络。对于每个网络，计算各个减压阀提供在临界压力下所需的水压所需要的输出压力P2。考虑到特定减压阀的特性，可计算来自主供应管道的最小的输入压力P1，以得到最低限度的PRV输出压力P2。每个区域供水网络可能需要不同的最小输入压力值，并且对于任一特定的网络所需的最小输入压力值可以作为进入该网络的流速和/或时间和/或其他因素的函数进行变化。然后，可控制自来水供应站提供的主干线压力以至少维持这些最小值。通过测定确保每个区域供水网络能够满足其维持在临界点的最小压力的需求所实际需要的主干线供应压力，可实施更强的控制。替代将主干线压力维持在不必要的高值上的方案，可将其维持在刚好足够满足用户需求的数值上。这意味着泵水的需求量可控制在最低的水平上，例如，通过开泵或关泵，或控制它们各自的输出来控制。除了节省能量及与此相关的成本，由于避免了产生不必要的高压，泵和从自来水供应站运输水到远处的管道的使用寿命也可以增加。此外，还可以减少在配水管道中泄漏的发生并降低其严重性。

在这样的设计中，监测数据将与PRV的所需的输出压力相关联，从而确保在有关的区域供水网络的临界点上维持最低的可接受压力。由此以及PRV的特性，可以计算最小的输入压力。

通过在一个适当的时间段内对区域供水网络进行监测，可以确定一个PRV输入压力一直都必须高于其他任何PRV输入压力的区域供水网络。可选择地，可以确定一个在一段特定时间内(例如一天中的特定的小时，每周、每月、每季度等中的某天)和/或进入区域供水网络的流速和/或其他使用特征(例如在电视转播体育赛事半场期间)和/或其他有关的因素(如温度)下PRV输入压力一般都必须高于其他任何PRV输入压力的区域供水网络。在每种情况下，可指定这样的一个减压阀作为一个永久的或暂时的临界减压阀，并控制泵水站的水压，从而使供应至所述PRV的水的压力可以被接受。因此，在适当的一段时间后，可能就没有必要监测其他的区域供水网络了。但是，优选地，保持对所有区域供水网络的监测，以保证每个PRV都能得到足够的水压。

在其他的配置方案中，参数是水处理剂的浓度(或当处理剂的效果是除去杂质的情况下，是水中该杂质的浓度)；各区域供水网络的临界点是处理剂临界点，水处理方法包括控制向供应至主供应管道的水中加入处理剂的过程，以及所述控制数据决定处理剂的添加。这可以在泵水站本身或别处完成，例如在向泵水站供应处理过的水的处理厂。水处理剂不限于任何特定试剂，并可以包括，例如：染料、增味剂；或健康添加剂，例如氟。而在优选的实施方式中，处理剂包括消毒剂，例如溴、碘、铜离子、银离子、过氧化氢，或者，特别是氯。

可以同时利用监测和过程控制两种方式，而且一般来说，可以控制水的任何数目的不同特性极其供应。

一般来说，尽管区域临界值可能互不相同，在优选实施方式中它们彼此都是相同的(由于，例如整个用水地区或甚至整个国家可能需要相同的最低氯浓度或最低水压)。

与各区域供水网络有关的供水特性的监测可以包括连续监测，此时监测数据为实时数据，但优选包括以有规律或者无规律的间隔进行间歇监测。监测数据可以包括在每个临界点的参数的连续取样数值；但优选包括在各临界点的参数的间隔取样数值。这样，监测设备就没有必要与控制器或中央服务器(远程数据处理设备)进行难以或不可能实现的连续或实时的通信了(因为，例如持久电源供应和/或有线通信连接在临界点不一定是可用的)。更确切地说，在优选的实施方式中，每个临界点都设有监测装置，该装置为自供电装置(例如通过蓄电池、太阳能电池或燃料电池控制)，并被配置为与控制器或中央服务器进行无线连接(例如GSM、GPRS或3G)。

优选的实施方式包括依据从主供应站进入到主供应管道的水的流速，对供至主供应管道的水进行进一步的处理的步骤。因此，还可以进一步包括这样的步骤，即测定代表从主供应站进入到主供应管道的水的流速的数据，和进一步利用流速数据建立控制数据。主供应站的水可以另外地或可选择地依据以下任一个或多个因素进行处理：时间；一天中的某个小时；一周中的某天；一年中的某月；季节；当前或近期的环境气温；当前或近期的水温；当前或近期的降雨量；或任何其他相关的因素。

还可以设想进一步的配置方案；例如，在参数为水中微生物浓度时，各区域供水网络的临界点为微生物临界点，供至主供应管道的水的处理包括：控制向供至主供应管道的水中添加处理剂或控制抗微生物处理方法的应用，例如对水用紫外线、臭氧、γ射线、声波或加热进行处理。

上述提到的多种可能的配置方案可结合使用，可以在每个区域供水网络中为达到多个目的采用相同的临界点，或者采用不同的临界点。至少有一个区域供水网络可以为了多个目的采用同一个临界点。至少有一个区域供水网络可以为了不同的目的采用不同的临界点。一般来说，在一个区域供水网络中，可控制任意数目的参数，用于使用共享的临界点、不同的临界点、某些共享的临界点以及其他独立的临界点，等等。可以使用任意数量的水处理特征，在适当的情况下，可以根据区域供水网络中多个不同的控制参数来使用特定的水处理特征。

在某些优选实施方式中，在主供水站对氯处理(或其他任何抗菌处理)和水压两者进行控制，并兼顾区域供水网络中压力临界点的压力以及氯临界点的氯浓度两者的数值。虽然在任一特定的区域供水网络(例如在区域供水网络内最高的地点和/或距离PRV最远的地点)中，氯临界点可能与压力临界点是同一个点，但一般来说它们很可能不是同一个。例如，由于压力是取决于高度的(虽然诸如在管道内的摩擦损失等其他能量损失也可能在决定压力临界点的选择中发挥重要的作用)，压力临界点可能例如靠近区域供水网络中最高的出口，但是其常常是距离PRV最远的点，或者可能依据流速在这两个点之间变换。氯浓度一般会随着时间和暴露在温度中而被耗尽，因此氯临界点很可能是网络中一般含有“最老的水”(即存在于区域供水网络中时间最长的水)的点；这可能意味着氯临界点远离PRV，或者说它的位置可能取决于网络的某个部分中非常低的消耗速度。

每时每刻，在任一给定的区域供水网络中，与同一区域供水网络中其他点的数值相比具有可以接受的最低的参数数值的精确点可能会移动一段相对小的距离(例如，当一个用户打开住宅的一个龙头的时候)；因此其位置会为了实际目的而在某个精度之外变动。因此，本发明中临界点的指定应当理解为指定被视为在一段时间内的平均值表现为或接近所述至少可接受的特性的点。当然，找到合适的位置以安装监测设备的需求以及其他实际考虑，可能意味着所述指定最好只是至少可以接受的参数数值的瞬间实际点的估计。然而，在某些情形下近似的需要不会损害本发明的实用性。

另外，在同一区域供水网络中，与其他点的数值相比，具有至少可接受的参数数值的实际点也可能偶尔地发生相对较大的位置移动。因此，在某些实施方式中，对于一个或多个区域供水网络，可能会在该区域供水网络内指定多个潜在的临界点，与同一区域供水网络中其他点的数值相比，每个潜在的临界点上的参数数值不时地被认为是至少可接受的。优选地，在任一时间，恰好其中一个潜在的临界点被指定为那个区域供水网络的临界点，并因此针对该潜在的临界点建立上述的控制数据。但是，在特定实施方式中，对于一个给定的区域供水网络，可暂时地或永久地同时指定多于一个同种类型的临界点(例如两个压力临界点)；例如，当两个点的参数数值彼此接近相同(例如足够接近，以至于所用的测量设备无法分辨它们之间的区别)的时候。在这种情况下，可以建立控制数据，以控制从主供水站供应至主供应管道的水的处理，从而确保在一个区域供水网络内的多个临界点都维持在各自可以接受的参数数值上。

应当认识到，在某些情况下，由主供水站供应的一个或多个区域供水网络可能未配备合适的监测装置，例如在系统首次引进的时候。在那种情况下，须采用手动测量来确保，例如，在该区域供水网络中水压和氯浓度是可以接受的。但优选地，监测装置永久地安装在每个临界点上。

在某些实施方式中，在每个临界点上都可以安装监测装置，所述监测装置被配置为对各自的临界点上的参数数值提供连续的或频繁的监测。但是，由于上述原因，这种连续的或频繁的监测可能不是可能的或理想的。当只能得到间歇监测数据时——例如，所述监测数据由每小时更新的在每个临界点上的参数数值构成时——在没有监测数据可用的期间内就会存在参数数值变为不可接受水平的风险。然而，诸如进入主供应管道的水的流速、天、周、月或年的某时、周围气温和/或进入到主供应管道的水的温度等因素，可能与每个临界点的参数数值有关。供至主供应管道的水的处理也可以优选地按照与所述因素有关的数据和所述关系进行。这样，参数数值在没有监测数据可用的一段时间内变为不可接受水平的风险就可减少了。

从另一个方面，本发明提供了一种用于水处理的控制器，所述水是从自来水厂到主供应管道的水，主供应管道运输水到多个区域供水网络，每个区域供水网络通过各自的减压阀与主供应管道连接起来，所述减压阀以各自的地区压力供水到区域供水网络，其中：

对于每个区域供水网络，都有一个与该区域供水网络中水的特性有关的参数的区域临界值，其代表在该区域供水网络中可接受与不可接受的参数数值之间的界限；以及

对于每个区域供水网络，在区域供水网络内存在指定的临界点，与同一区域供水网络的其他点相比，在临界点的参数数值被认为是至少可接受的；

以及其中所述控制器包括：

一种用于接收来自流速传感器的流速信号的流速输入口，所述流速传感器用于检测流入主供应管道的水的流速；以及适用于按照所述流速信号提供代表流入主供应管道的水的流速数据的装置；

一种用于提供控制信号来调整供应至主供应管道的水的处理的控制输出口；

数据存储装置，用于存储表示水的流速与供应至主供应管道的水所需的水处理之间关系的参数，以使各区域供水网络内的临界点保持各自可以接受的参数数值；以及

处理装置，被配置为处理(i)代表流速的数据，和(ii)存储的参数，从而从控制输出口提供控制信号，以便相应于流速调整供应至主供应管道的水的处理。

与前所述，参数可以是水压，或水处理剂的浓度，或任何其他合适的参数。

优选地，存储的数据代表水的流速和供应至主供应管道的水所需的处理之间的时间依赖关系；优选地，控制器然后进一步包括提供代表时间的数据的时钟；并且所述处理装置被配置为用于接入表示时间的数据，以及存储的参数以及代表流速的数据，从而使从控制输出口所提供的信号导致供应至主供应管道的水的处理依据流速和时间进行调整。

流速与供应至主供应管道的水所需的处理之间的时间依赖关系能够确定对于在一天中的特定时间和/或一周中的某天和/或一年中的某个时间的给定流速下的处理。可以有代表许多天以及每天中的多个时间段的日程表。天数可对应于一周、或多周、或一个月、或多个月、或一年。每天之内，所述时间段例如可以是单个小时或多个小时。在一个实施方式中(仅通过示例的方式)，有一个覆盖一年之中每一天的日程表，且每天有八个3小时的时间段，在标准公历年中一共有2920个时间段，在闰年中有2928个时间段。对于每个周期，有一个或多个参数，所述参数将限定所测得的流速与供应至主供应通道的水所需的处理之间的关系。这可以通过每个周期存储独立数值来完成，或者例如通过缺省值来完成，除非进入了所述关系需要从缺省关系发生变化的特定时间段，否则都使用所述缺省值。

特定水处理剂(例如氯)的浓度的变化率，可以受水温影响。因此，在决定用于主供水站的处理剂用量时，考虑到部分或全部的供应网络中的水温是有利的。因此，特别是在参数为水处理剂浓度的实施方式(也可是某些其他的实施方式)中，优选：所述控制器包括用于一种从温度传感器接收水温信号的水温输入口，以及一种适于依据水温信号提供代表水温的数据的装置；数据存储装置储存表示水温和供应至主供应管道的水所需要的处理之间的关系的参数，以便在各区域供水网络的临界点保持各自可以接受的参数数值；并且所述处理装置被配置为处理(i)代表水温的数据和(ii)存储的参数，以便从控制输出口提供控制信号，以根据水温调整供应至主供应管道的水的处理。

可以提供多于一个的温度传感器，每个传感器提供供应网络中不同点处的水温信号。这些信号的一部分或全部可在整个供应网络范围内(即在整个区域供水网络中)平均，或在一个区域供水网络的范围内平均，或它们可单独处理或以合适的方式结合处理，从而从控制输出口提供控制信号，以便依据供应网络中多个点的水温调整供应至主供应管道的水的处理。

特别地，温度传感器可设计用来提供进入到主供应管道的水的温度信号。优选地，至少一个温度传感器被设计用来提供进入到至少一个、优选全部的区域供水网络的水的温度信号。后者的这些温度传感器可以方便地置于每个区域的PRV附近。在某些实施方式中，温度传感器被置于一个或多个区域供水网络的临界点附近。在特别优选的实施方式中，温度传感器位于PRV附近，并毗邻各区域供水网络的临界点(例如压力和/或水处理剂临界点)，所述控制器被设计用来接收从各温度传感器发出的水温信号。温度传感器可以放置在以下任一个或多个地方或在它们附近：水进入到主供应管道的不特定或特定的进入点；一个或多个区域供水网络PRV；一个或多个水处理剂临界点；一个或多个压力临界点；一个或多个区域供水网络平均区带点(AZP)。

控制器可以设置在距水供应网络一段距离较远的地方；例如，在远程数据处理设备处，或可以设置在向主供应管道供水的主供水站。

流速信号和/或水温信号和/或其他任何相关的信号可从各自的传感器通过无线或有线通信直接与控制器相连。可选择地，它或它们可通过无线或有线工具连接到数据处理设备(例如中央服务器)，该数据处理设备可以远离传感器和控制器两者，用于存储或处理以及转交，再次通过无线或有线的方式传输至各自的控制器输入口。传感器可以包括记录装置，所述记录装置被设计用来在将采集到的数据间歇性地传输至控制器或远程数据处理设备之前，记录所述采集到的数据。

在任何特定的时间，存储的参数可以覆盖例如一整年或更短的时间，该配置方案为：随着时间的向前推移，储存另外的参数，可任选地，删除以前用过的参数。在优选的配置方案中，参数一直保留着，除非被更新的数值取代。

在控制器首次使用时，可用一套基于先前的安装经验的基本参数和/或通过在测试期间进行测量来运行。通过分析从控制器的实际应用中得到的数据，可以改变那些参数并为下一时间段添加另外的参数。这就需要在各临界点安装临界点参数传感器。这些临界点参数传感器的输出将和与流速相关的数据一起处理。为达到同步的目的，所有的数据都标明时间(包括采用时间码等进行的时间/日期戳)。从临界点参数传感器得到的数据会在临界点处记录，然后被采集或传输以用于分析。

参数的计算可应用适当的软件和/或固件例程在控制器内进行，在此情形下，临界点数据将被从临界点传输至控制器或从中央区域中继传输至控制器。然而，在一些优选的实施方式中，参数的计算是在远程数据处理设备中进行的，然后参数再被传输至控制器。这种配置方案具有诸多优点，因为处理过程可无需消耗由电池供电的控制器的电池而连续进行，可采用更大的处理功率，而且可轻易地将其他来源的数据考虑进去。例如，参数可依据从具有类似系统的其他区域得到的经验，所述类似系统的数据可在中央数据处理设备中处理。实际的或预测的环境因素可考虑进去，例如天气预报、温度、降雨、是否有消防用水管或洒水禁令、将要举行的体育赛事或其他场合、电视节目表，等等。在某些实施方式中，控制器位于远程数据处理设备处，并且控制信号传输到位于主供水站的调节器，并且所述调节器被设计为依据控制信号对供应至主供应管道的水的处理进行调节。

一般就控制器的特点来说，在优选的实施方式中，存储的参数代表进入到主供应管道的水的流速与供应至主供应管道的水所需的处理之间的关系，所述关系作为时间的函数发生变化，所述时间为一天中的某时和/或一周中某天和/或一年中的某个时间。所述关系也可有利地为水温与所述的需要的水处理之间的关系；当参数为受水温影响的水处理剂(比如氯)的浓度时是尤其有利的。优选地，对于连续多天中的每一天，存储的参数与覆盖一整天的分立间隔有关。

优选地，控制器包括通信模块并被配置为间歇地使用该通信模块，以与远程数据处理设备建立通信，并接收存储于数据处理装置中的参数。优选地，通信模块可适应于无线通信。

依据本发明的另一个方面，提供了一个用于处理从自来水供应站供应至主供应管道的水的系统，包括具有任一或全部上面描述的特征的控制器，并且所述系统被设计为实施此处描述的本发明的方法。

该系统可包括被设计为用于执行上述步骤的远程数据处理设备。特别地，远程数据处理设备可产生代表水流速和所需的水处理两者之间关系的上述参数，并将这些传输至控制器。

与各区域供水网络有关的供水特性的监测，优选包括监测特性，例如各区域供水网络的临界点的参数数值，但它也以包括监测别处的特性，例如在一个或多个区域供水网络的减压阀处或在其附近。除了与参数数值有关，监测数据还与其他因素有关，例如水温、压力、pH、微生物水平等。

在控制供应至主供应管道的水的压力的实施方式中，水处理可包括控制一个或多个设计用于对供应至主供应管道的水加压的泵的输出。这种控制可表示为一个泵或多个泵的最大功耗的百分数。

在控制供应至主供应管道的水中的水处理剂的浓度的实施方式中，水处理可以包括控制向水中加入水处理剂的速度。

从另一方面，本发明提供了一种控制从主供水站到主供应管道的水的压力的方法，主供应管道运输水到多个区域供水网络，每个网络通过各自的减压阀与主供应管道连接起来，所述减压阀以各自的区域压力供水到区域供水网络中，其中：

对于每个区域供水网络，有一个水压的区域临界值，所述区域临界值代表在区域供水网络中可接受与不可接受的水压之间的界限；以及

对于每个区域供水网络，在区域供水网络内存在指定的压力临界点，与同一区域供水网络内的其他点相比，在所述压力临界点的水压被认为是可以接受的最低限度；

其中所述方法包括：

监测与各区域供水网络有关的水供应特性，以提供监测数据；

利用监测数据建立控制数据，从而控制从主供水站供应至主供应管道的水的压力，以确保各区域供水网络中压力临界点可保持各自可以接受的水压；以及

控制如上确定的、供应至主供应管道的水的压力。

从进一步的方面，本发明提供了一种控制向从主供水站到主供应管道的水中加入水处理剂的方法，主供应管道运输水到多个区域供水网络，每个网络通过各自的减压阀与主供应管道连接起来，所述减压阀以各自的区域压力供水到所述区域供水网络，其中：

对于每个区域供水网络，有一个水处理剂浓度的区域临界值，其代表在区域供水网络中可接受与不可接受的水处理剂浓度之间的界限；以及

对于每个区域供水网络，在区域供水网络内存在指定的处理剂临界点，与同一区域供水网络的其他点相比，在所述处理剂临界点的水处理剂浓度为可以接受的最低限度；

其中所述方法包括：

监测与各区域供水网络有关的水供应特性，以提供监测数据；

利用监测数据建立控制数据，从而控制向从主供水站供应至主供应管道的水中添加水处理剂，以确保各区域供水网络中处理剂临界点可保持各自可以接受的水处理剂浓度；以及

控制如上确定的、向供应至主供应管道的水中水处理剂的加入。

本发明的任一方面的任选或优选的特征不能理解为必定仅局限于那个方面，而是对于发明其他方面也是适用的。

具体实施方式

现在将仅通过实施例并参照附图来描述发明的一个优选的实施方式，在附图中，图1是设计用来实现依据本发明的方法的供水系统的示意图。

图1简要地显示了一个从蓄水池2输出水的供水系统。从蓄水池出来的水经过管道4到达主供应站6。主供应站6包括一个氯处理单元8和两个分别与主供应管道12连接的泵10。主供应管道12经由各自的减压阀(PRV)20、22、24向3个区域供水网络14、16、18供水。

在第一区域供水网络14中，指定了一个的压力临界点26和一个氯临界点28。这些点互相靠近，而且例如处于区域供水网络14供应的地理区域内最高的山的山顶附近。还显示了该区域的平均区带点(AZP)35，它是一个水压通常与全区域供水网络范围内的平均压力接近的点。第二区域供水网络16也指定了一个压力临界点30和一个氯临界点32，但这些点比第一区域供水网络14相应的点的间距要远。这可能是因为该地区最高的点邻近PRV22，并且是压力临界点30，而氯临界点处于该地区中离PRV22最远的地方，但该点并不是特别地处于高点。在第三区域供水网络18中，压力临界点和氯临界点处于恰好相同的点34，该点可以是供应网络中最高的点。

在主供应站6中还有一个用于测量进入到主供应管道12的流速M的流速传感器7和控制单元36。测得的流速M从控制单元36通过通信网络(它可能是无线的，但优选有线的)传输到具有数据处理设备的远程中央控制站38。临界点传感器单元40、42、44、46、48与中央控制站38无线通信，分别在临界点26、28、30、32、34处各设置一个。这些临界点传感器单元包括压力传感器和/或氯浓度传感器(它可用来测定残留的游离氯或总氯)；水温传感器；数据记录器和通信单元。传感器读数是标明时间的，并存储于数据记录器中。工程师可通过任何合适的有线装置或短程或远程的无线装置连接到所述记录器，手动地取得数据记录器中的信息。但是，优选地，通信单元从记录器通过SMS或其他合适的无线装置间歇性地传输数据至中央控制站38，中央控制站处理压力/氯浓度数据以及从控制单元36接收到的流速M数据，以接着向控制单元36传输适当的控制参数，从而可以控制泵10与氯处理单元8提供临界点所需的压力/氯浓度。

其他信息也会被考虑作为控制参数的处理中的因素，例如包含于传感器读数的时间戳中的时间信息、记录于临界点传感器单元40、42、44、46、48和雨量传感器中的水温等。为了获取整个配水网络的水温详图，还需在PRV20、22、24中的一个或多个附近和配水网络的其他合适的点(如区域供水网络中的一个或多个平均区带点(AZPs)处)和主供应管道内，设置额外的水温传感器。

传输到控制单元36的控制参数可能是直接控制命令，例如“将泵的功率提高到80％”或“将氯的浓度减至0.2mg/L(或0.2ppm)”，并需要几乎立即执行。当临界点传感器单元40-48能够传输它们所监测的参数数值的频繁更新的情况下，这是合适的。但是，本实施方式中的标准操作方式是用于控制单元36的，以使其依照从中央控制站38提取到的、存储于控制单元36的参数，基于测量到的流速M和时钟(未显示)输出的时间T以及任何其他相关的环境传感器输入(例如气温、水温，近期的降雨量)来控制泵10和氯处理单元8。

对于控制单元36利用这些存储参数的一个优选的配置方案是，通过一个查找表，其包括代表流速段、时间段以及可能的其他段(例如区域供水网络平均水温)的轴，并且包括给出合适的泵控制水平(例如，关于泵的功耗)和氯浓度水平的数字条目(entry)。该查找表可以是三维或多维的，包括表示光强度、降雨传感器、水温、气温或其他当地环境输入的轴。利用一个或多个查找表的一个替代方法是，用控制单元36中的一个处理器来评估函数，所述函数涉及测得值以及存储参数的常量。在每种情形下，控制单元36都会向泵10和氯处理单元8发送合适的控制命令。

对流速M变化的响应速度可以通过可变阻尼进行控制，所述可变阻尼用于限制主供应管道12中的压力和/或氯浓度的变化速率。

存储参数的产生和载入到控制单元36的过程如下。

特别是在初始安装阶段，工程师基于区域供水网络的大小、历史流速、到临界点的距离和高度差手动确定参数，并将这些载入到控制单元36。可应用简单的规则来估算关系变量。工程师可应用合适的软件来辅助确定参数。

在正常使用中和可选地甚至在初始安装中，参数或其增加的更新从中央服务器38传出。该通信可以是间歇的；例如采用无线连接通过控制单元36启动。但是，优选地，在控制器(36)和服务器(38)之间有一条永久的有线通信连接，由此能够实现这两者之间的实时通信。

优选地，参数采用一个或多个独立的查找表的形式，如上文描述过的那样。但是，它们可以描述或参数化成一条连续的曲线或多维表面，或参数化成某种其他的关系模型，例如神经网络。

尽管在某些实施方式中，控制单元36本身可以从原始数据中产生合适的参数，在本实施方式中，初步的数据分析是由中央服务器38完成的。如果中央服务器38是被设计用来控制几个主供应站的，这样可以实现规模的效率。初始训练数据一般可在一周或两周的时间内采集到，但该时间段也可以更长，以获得季节效应或者可以采集几套不同的训练数据。流速M的测量值被间歇性地传输到中央设备38。在各自的临界点26-34的压力和氯浓度被记录在临界点传感器单元40-48中。

在数据采集期之前，临界点传感器单元与控制单元36直接地或间接地同步——通过用中央设备38的时钟对两者进行同步——以确保两个单元有同步的时钟。在数据采集期之后，临界点传感器单元40-48通过SMS或其他手段向中央服务器38传输压力/氯浓度数据。中央服务器38分析压力和氯浓度与不同流速M和时间T之间的关系，也有可选择地考虑到其他可能有关的因素，例如天气状况、体育赛程、工厂使用信息等，并通过回归或其他任何合适的统计算法导出参数数值，以建立最适合的曲线、最适合的多维表面图或其他合适的关系模型，它们可以是分立的或连续的。可以应用指导性的学习方法；例如神经网络、贝叶斯分类器，等等。用这种方法，输入因素例如体育赛程、天气、季节等的相对重要性不必事前假定，而是可通过中央服务器38上的软件进行合适地学习和衡量。

如果软件不能确定一种适当的关系，它将警示操作员，操作员会质疑数据，并用手动曲线或其他关系重设。

用输入变量(流速、时间、水温、气温，等等)确定的中央服务器38上的模式化关系可以是连续或独立的。尽管全面描述连续的、可能是多维的关系的参数可以直接载入到控制单元36中，在本实施方式中，中央服务器38产生一个简化的查找表，在该查找表中，流速、时间等被分割为大小合适的分立的间隔。该查找表被载入到控制单元36中，用法如上所述。表可以随着时间变化增加载入，并且在中央服务器38修正所述简化的查找表以考虑未来24小时或一周内的预报的气象形式或将来的体育赛程(如高尔夫比赛)时，也可对其进行定期更新。

从中央设备38提供至控制单元36的参数，如果在任何时间发生通信中断，在更新的参数载入之前，将会有足够的参数在预期的时间段内如一周中几天、周末等，对输出压力进行适当地调整。

中央服务器38可控制几个独立的自来水供应地区，每个自来水供应地区都有自己的主供应站。当供水地区之间存在合适的相似点时，中央服务器38优选地使用从一个主供应地区获得的数据来改进其对于不同的主供应区测定的参数准确度。仅用举例的方式，通过与第一主供应区有关的记录数据可以确定，日照时间比一年的月份在确定流速M、时间T以及处理进入主供应管道的水所需的氯浓度之间最佳的关系上具有更重要的作用；这一认识也可应用至可能没有配备照度计的第二个主供应区的参数优化中。通过这种方法，最优化的使用由现有的训练数据组成。

在任何特定的主供应区内的控制单元36，可以具有暂时手动重设已存在的关系的设备——即，切换已存在的任意的自动产生的或手动设置的参数，成为一套新的暂时的参数，并具有恢复到原来状态的能力。

与临界点传感器单元类似的传感器单元(未图示)可选择地安装于PRV20、22、24处。这些传感器将测定各个PRV的输入和输出压力，还可测定通过PRV的流速以及其他变量，例如水温和气温；传感器将这些变量传输至中央服务器38，用作确定向控制器单元36提供的参数的进一步输入。

总之，本发明优选的实施方式提供了用于自来水供应站的一种方法、系统和控制器，由此可在多个由主供应站供应的分区计量地区保持一个或多个参数可接受的数值，同时可避免不必要资源浪费，例如电力或化学添加剂。

Claims (14)

1.一种水处理方法，所述的水是从自来水供水站供应到主供应管道的水，主供应管道运输水到多个区域供水网络，每个区域供水网络通过各自的减压阀与主供应管道连接起来，所述减压阀以各自的区域压力供水到所述区域供水网络，其中：

对于每个区域供水网络，对于与该区域供水网络中的水的性质有关的参数，有一个区域临界值，所述区域临界值代表在所述区域供水网络中可接受与不可接受的参数数值之间的界限；以及

对于每个区域供水网络，在所述区域供水网络内有一个指定的临界点，与同一区域供水网络内的其他点相比，在该临界点的参数数值被认为是可接受的最低限度；

其中所述方法包括：

监测与各区域供水网络有关的水供应特性，以提供监测数据；

利用所述监测数据建立控制数据，以控制从主供水站供应至主供应管道的水的处理，从而确保在各区域供水网络中的临界点能够维持各自可接受的参数数值；以及

依据所述控制数据对供至主供应管道的水进行处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数为水压，各区域供水网络的临界点为压力临界点，供应至主供应管道的水的处理包括：控制供应至主供应管道的水的压力，并且所述控制数据管理所述水压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述减压阀中的一个被指定为临界减压阀，并测定供应至临界减压阀的水的压力的最小值，以使各区域供水网络内的临界点保持各自可接受的压力，并且控制供应至主供应管道的水，从而使供应至临界减压阀的水的压力是可以接受的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数为水处理剂的浓度，各区域供水网络的临界点为处理剂临界点，水的处理包括控制所述水处理剂向供应至主供应管道的水中的添加，并且所述控制数据管理所述处理剂的添加。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述处理剂的添加是在处理厂进行的，所述处理厂向自来水供应站的泵水站供应处理过的水。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述水处理剂包括以下之中的任意一种或多种：染料；增味剂；健康添加剂；以及消毒剂，例如溴、碘、铜离子、银离子、过氧化氢或氯。

7.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述区域临界值都是同一数值。

8.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，与各区域供水网络有关的水供应特性的监测包括以时间间隔进行的间歇性监测；并且所述监测的数据包括在各临界点处间歇采样的参数数值。

9.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括测定代表从主供应站进入主供应管道的水的流速数据，以及利用所述流速数据建立控制数据，从而使供应至主供应管道的水的处理进一步取决于流速。

10.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，供应至主供应管道的水的处理进一步取决于以下之中的任意一个或多个：时间；一天中的某小时；一周中的某天；一年中的某月；季节；当前或近期的环境气温；当前或近期的水温；以及当前或近期的降雨量。

11.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，对供应至主供应管道的水进行处理，以对供应至主供应管道的水的压力和水中的处理剂的浓度两者进行控制。

12.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，对于每个区域供水网络来说，在区域供水网络内存在指定的多个临界点，与同一区域供水网络中的其他点的数值相比，所述多个临界点的参数数值的可接受度被认为较低，并对从主供水站供应至主供应管道的水的处理进行控制，以确保每个区域供水网络内的每个临界点能够保持各自可接受的参数数值。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数是水中微生物的浓度，各区域供水网络的临界点是微生物临界点，供应至主供应管道的水的处理包括：控制所述处理剂向供应至主供应管道的水中的添加或控制抗菌处理的应用，所述抗菌处理为例如对水进行紫外光、臭氧、伽马射线、声波或加热处理。

14.一种用于水处理的控制器，所述的水是从主供水站供应到主供应管道的水，所述主供应管道运输水到多个区域供水网络，每个区域供水网络通过各自的减压阀与主供应管道连接起来，所述减压阀以各自的区域压力供水到所述区域供水网络，其中：

对于每个区域供水网络，对于与该区域供水网络中的水的性质有关的参数，有一个区域临界值，所述区域临界值代表在所述区域供水网络中可接受与不可接受的参数数值之间的界限；以及

对于每个区域供水网络，在所述区域供水网络内有一个指定的临界点，与同一区域供水网络内的其他点相比，在该临界点的参数数值被认为是可接受的最低限度；

其中所述控制器包括：

一种用于从流速传感器接收流速信号的流速输入口，所述流速传感器用来监测流入主供应管道的水；以及一种装置，适用于依据所述流速信号提供代表流入主供应管道的水的流速的数据；

一种控制输出口，用于提供控制信号以调节供应至主供应管道的水的处理；

数据存储装置，用于存储代表水的流速和所需的、供应至主供应管道的水的处理之间关系的参数，以使各区域供水网络内的临界点保持各自可以接受的参数数值；以及

处理装置，被配置为处理(i)代表流速的数据和(ii)存储的参数，以从控制输出提供控制信号，从而依据流速调节供应至主供应管道的水的处理。

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