一種農(nóng)村生活污水處理一體化設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

劉志成 史 蓓 陳 飛

（1.四川瀘天化麥王阜陽環(huán)保有限公司，四川 瀘州 646200；2.四川瀘天化麥王環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司，四川 瀘州 646200；3.四川瀘天化麥王匯興水務(wù)有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646100）

0 引言

截至2020年，我國共有行政村492 995個，自然村2 362 908個。我國村莊數(shù)量多，生活污水產(chǎn)生量較大。但是，大量的生活污水幾乎未經(jīng)專業(yè)污水處理設(shè)施處理，僅是通過化糞池沉淀后直接排放，惡化了農(nóng)村生活居住環(huán)境，污染了各類水源，嚴重影響了村民的身體健康。

針對農(nóng)村居民聚居點分布廣、人口分散的特點，充分考慮投建成本及管網(wǎng)建設(shè)難度，我國主要采用分散建設(shè)小型一體化污水處理站的模式處理農(nóng)村生活污水。相關(guān)研究表明，15戶或50人以上（常住人口）的農(nóng)村居民聚居點需要修建一座小型生活污水處理設(shè)施。大量農(nóng)村一體化污水處理設(shè)施建成的同時，出現(xiàn)了一些非常棘手的問題：如何保障污水處理設(shè)施有效運行；如何保障設(shè)備高效低成本運行；如何確保屬地政府或第三方運營公司對其實施有效監(jiān)管，實現(xiàn)農(nóng)村污水盡收盡處理等。筆者針對此問題探索建立一種低成本的遠程監(jiān)控管理模式，并對其推行效果進行分析。

1 農(nóng)村生活污水處理一體化設(shè)備的現(xiàn)有管理模式

農(nóng)村分散式一體化污水處理廠站一般由政府出資建設(shè)，而污水處理設(shè)備的日常運行維護多是委托第三方運營公司管理。針對每個污水處理站，按約定由政府撥付一定費用給第三方運營公司購買服務(wù)。運營公司采用的通用做法就是在污水處理站就近招聘人員實施站點看管，或者分片區(qū)安排專業(yè)技術(shù)人員輪巡檢查。此種管理方式有以下3種弊端。

一是就近招聘駐點員工進行污水處理廠站管理，規(guī)模小的廠站會出現(xiàn)人工成本比例極高；就近招聘人員往往文化水平較低，專業(yè)技能不足，往往故障顯現(xiàn)后才知道，且需要上報待公司專業(yè)人員處理；對維護人員履責(zé)情況無法監(jiān)控。二是采用分片區(qū)專業(yè)技術(shù)人員多站點巡檢，需要消耗較大時間成本及運行成本，缺陷消除不及時且管理效果不明顯。三是現(xiàn)場不安排駐點員工，存在管理盲點。技術(shù)管理人員無法實時監(jiān)控站內(nèi)設(shè)備的運行狀況，不能做到及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

2 新構(gòu)建遠程監(jiān)控系統(tǒng)

針對分散式農(nóng)村生活污水處理廠站管理體系不健全導(dǎo)致的污水處理工藝相對簡單、定點專業(yè)管理難度大與成本高等問題，可開發(fā)實用型低成本遠程控制系統(tǒng)，在實時監(jiān)控設(shè)備運行狀況的同時盡量降低管理體系的運營維護成本。這樣才能讓污水處理設(shè)備高效率運行，使管理成本可控，實現(xiàn)資源最大化利用。筆者利用智能開關(guān)綜合自動化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計了一體化污水處理廠站遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可對農(nóng)村生活污水處理站進行遠程集中管理，能達到節(jié)約成本、實時管理、設(shè)備使用效率高的 目的。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)建及其優(yōu)勢

該系統(tǒng)通過4G云智能遙控多路開關(guān)，實現(xiàn)遠程對污水處理廠的管理和監(jiān)控。運營公司通過獨有賬號登錄系統(tǒng)，按權(quán)限分級管控，由專業(yè)技術(shù)人員對污水處理廠進行遠程監(jiān)控。

該系統(tǒng)不用單獨建平臺，不用專人維護，且費用較低，可實現(xiàn)對污水處理一體化設(shè)備的遠程控制和遠程信號監(jiān)控。運營公司不需要購買智慧水務(wù)管理平臺服務(wù)，極大地規(guī)避了普通智慧水務(wù)監(jiān)控平臺建設(shè)費用較高、平臺維護技術(shù)要求較高、需專人維護等弊端。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)由終端層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、控制層及下轄所有污水處理廠站運行設(shè)施的負荷層構(gòu)成（見圖1）。其中，智能開關(guān)的主要功能有6個：系統(tǒng)斷電報警、設(shè)備啟動信號反饋、設(shè)備停止信號反饋、設(shè)備啟動控制、設(shè)備停止控制和設(shè)備共享管理。該系統(tǒng)通過4G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)手機App遠程管控廠站現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)記錄、控制信號及運行數(shù)據(jù)存儲，同時按照不同層級的權(quán)限設(shè)計劃分不同管理級別及其對應(yīng)控制權(quán)限。云智能系統(tǒng)手機終端App由一臺主機作為第一級權(quán)限管理發(fā)出管理共享，主機安裝調(diào)試成功后，可以直接用管理人員電話號碼作為賬號登錄進行管理，多名管理人員所操作的多臺設(shè)備構(gòu)成二級管理平臺。此功能可以實現(xiàn)多人同時在線實時管控，形成一干多支的管理結(jié)構(gòu)，進一步通過對不同層級管理人員的操作限制實現(xiàn)權(quán)限分配和監(jiān)管廠站的責(zé)任分化（見圖2）。

2.2.2 工作原理。4G云智能多路遙控開關(guān)是利用4G網(wǎng)絡(luò)信號將運行狀態(tài)或指令信號，以上傳、下輸指令的方式傳送到終端后臺手機App實現(xiàn)遠程管控；監(jiān)控信號實時傳輸，技術(shù)人員通過手機就可以方便快捷地實現(xiàn)遠程運行狀態(tài)監(jiān)視及操作控制。

3 系統(tǒng)功能

3.1 污水處理站的運行管控

圖1 系統(tǒng)運用管理結(jié)構(gòu)圖

圖2 權(quán)限分級管理圖

3.1.1 自動運行。4G云智能多路遙控開關(guān)直接調(diào)用污水處理系統(tǒng)中PLC運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對運行設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控?，F(xiàn)場監(jiān)控器工作電源（220 V/380 V）從系統(tǒng)動力電源接入，上電、斷電信號通過云智能反饋到手機終端App，確認污水處理站各遠程控制點是否正常上電及正常運行。一體化生活污水處理廠站設(shè)備運行控制系統(tǒng)依然通過PLC智能控制，設(shè)備按設(shè)定程序條件自動啟動或停止進水泵、產(chǎn)水抽吸泵、曝氣風(fēng)機、加藥計量泵等污水處理廠站基礎(chǔ)動力設(shè)備。運行設(shè)備的啟、停狀態(tài)信號通過干接點接入4G云智能多路遙控開關(guān)，再利用4G網(wǎng)絡(luò)信號傳輸，將各運行單元設(shè)備設(shè)施啟、停狀態(tài)信號傳送到云智能與手機終端App連接，實現(xiàn)工藝技術(shù)管理人員、設(shè)備維護管理人員對生活污水處理廠站實時運行狀態(tài)的監(jiān)控管理。該系統(tǒng)的監(jiān)控水平和管理方式符合分散式農(nóng)村污水處理站點管理的實際要求，可本著節(jié)約和便于監(jiān)控的原則確定。

3.1.2 手動運行。污水處理系統(tǒng)通過各運行單位設(shè)備由獨立的啟動、保持、停止電氣二次回路接線控制，而啟動、保持、停止運行狀態(tài)由技術(shù)人員根據(jù)安全生產(chǎn)運行需求，用手機終端App控制器通過4G網(wǎng)絡(luò)向4G云智能多路遙控開關(guān)發(fā)出設(shè)備動作信號指令。4G云智能多路遙控開關(guān)收到信號指令后，實時接通或斷開電氣元件控制干接點啟、停動力設(shè)備，實現(xiàn)工藝技術(shù)管理人員、設(shè)備維護管理人員對該污水處理站運行狀態(tài)的遠程控制。

3.2 實時報警與歷史報警

當(dāng)污水處理廠站發(fā)生停電、設(shè)備故障或通信中斷等異常情況時，該系統(tǒng)可彈出實時報警提示，報警窗口可顯示報警時間、報警設(shè)備名稱、報警狀態(tài)等信息，提醒技術(shù)管理人員注意；待故障處理消缺后，4G云智能開關(guān)信號傳輸恢復(fù)正常。技術(shù)管理人員通過歷史運行狀態(tài)、故障報警功能查詢系統(tǒng)的報警記錄，對生產(chǎn)進行有效地追溯和管理。報警、預(yù)警可以使技術(shù)管理人員第一時間知曉設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的不正常運行情況，及時安排專業(yè)人員赴現(xiàn)場消除排障（見圖3、圖4）。

3.3 人員巡檢監(jiān)控

4G云智能控制開關(guān)可對污水處理廠站設(shè)備的巡檢情況進行管理跟蹤。運營公司按計劃時間安排巡檢人員到達現(xiàn)場巡檢運行設(shè)備后，巡檢人員現(xiàn)場手動啟、停設(shè)備或維護設(shè)備，云智能系統(tǒng)會顯示計劃時間內(nèi)所有設(shè)備的動作位置、巡檢設(shè)備點位置，使第三方運營公司在不具備安裝視頻監(jiān)控條件的站點，通過監(jiān)控開關(guān)量的動作信號有效對巡檢人員現(xiàn)場管理、現(xiàn)場維護進行印證。

3.4 設(shè)備狀態(tài)匯總管理

在手機終端App登錄云智能系統(tǒng)后進入的是運行設(shè)備分類列表頁面，可顯示所有污水處理站點及接入的所有運行設(shè)備。各污水處理廠站可以單獨建立且單獨命名設(shè)備管理倉，各運行單元的動力設(shè)備同樣可以設(shè)置獨立的編號，避免同類型設(shè)備混淆，出現(xiàn)管理錯亂。這有利于運營公司工藝技術(shù)管理人員、設(shè)備維護管理人員對污水處理廠站進行監(jiān)管時可以清楚明白地收取和下達指令。

3.5 信息存儲

云智能系統(tǒng)手機終端App可對各污水處理廠站設(shè)備設(shè)施運行狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)做統(tǒng)一存儲和管理，技術(shù)管理人員可通過后臺管理系統(tǒng)按時間段查詢各污水處理廠站相應(yīng)設(shè)備的歷史運行情況，同時可以將歷史數(shù)據(jù)截圖導(dǎo)出到本地電腦另行存儲歸檔管理。利用該功能，運營公司可對各個污水處理廠站的整體歷史運行情況進行方便快捷地把控和管理，可以有效了解現(xiàn)場管理巡檢人員對設(shè)備的巡檢與維護情況，同時核實上報數(shù)據(jù)與實際實時數(shù)據(jù)的真實性、精準性，實時跟蹤現(xiàn)場管理巡檢人員對污水處理廠站設(shè)備是否巡檢、維護到位（見圖5）。

圖3 故障消息報警圖

圖4 實時運行狀態(tài)圖

圖5 歷史運行數(shù)據(jù)圖

4 系統(tǒng)特點

4.1 結(jié)構(gòu)清晰簡單

云智能遙控開關(guān)通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸信號至云智能管理軟件，確保技術(shù)管理人員在手機終端App即可實現(xiàn)對污水處理廠站設(shè)備的遠程控制管理。該系統(tǒng)維護管理方便，使用方式簡單，無須模擬智慧水務(wù)等遠程管理系統(tǒng)中安裝眾多繁雜的硬件、軟件設(shè)備，極大地降低了遠程控制系統(tǒng)的管理技能要求，并減輕了維護人員的管理工作強度。

4.2 4G云智能開關(guān)控制器安全性較強

每臺云智能開關(guān)設(shè)計有單獨的二維碼，一體化污水處理設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)管理用戶只有通過手機App云端與每臺云智能開關(guān)特有的二維碼進行圖像識別連接，通過密碼登錄賬號后才能進入智能系統(tǒng)，可避免運行監(jiān)管賬號被他人入侵。

4.3 4G云智能開關(guān)控制器運行穩(wěn)定性較高

簡單的云智能開關(guān)具有穩(wěn)定、可靠的硬件設(shè)計，能夠在-40～70 ℃的極端環(huán)境下正常工作，電壓 220 V/380 V通用。終端平臺適用于安卓（Android）、蘋果（IOS）操作系統(tǒng)，只要2G/4G網(wǎng)絡(luò)信號不中斷，4G云智能開關(guān)控制器就能不受距離限制地對一體化污水處理設(shè)備進行遠程監(jiān)控。只要市電電網(wǎng)不中斷供電，4G云智能開關(guān)就能保證24 h實時穩(wěn)定在線工作。

4.4 狀態(tài)信號反饋實時性強

當(dāng)被監(jiān)控點位出現(xiàn)系統(tǒng)上電、斷電，設(shè)備啟動、停止有開關(guān)量信號時，4G云智能開關(guān)控制器就會立即自動發(fā)出報警信號。云智能自動將報警信息推送到技術(shù)管理人員及公司管理和監(jiān)管部門的手機終端App。系統(tǒng)無延時反饋，可以同時接收和處理若干個站點的運行狀態(tài)信號，有效實現(xiàn)運行狀態(tài)的及時迅速反映，可以很好地滿足運營公司及監(jiān)管部門對數(shù)據(jù)采集和傳輸指令實時性的要求。

4.5 指令信號傳送便捷

技術(shù)管理人員可以通過手機終端App發(fā)出指令，實時準確遠程控制系統(tǒng)所管理污水處理廠站的任何一臺設(shè)備的啟停。

4.6 共享資源覆蓋面廣

利用該系統(tǒng)，可實現(xiàn)對一體化污水處理設(shè)備的多人監(jiān)控管理。按分級管控權(quán)限在主機綁定完成后，管理員可以直接通過管理系統(tǒng)App，用下一級管理人員的電話號碼作為2級賬號將現(xiàn)場實時情況與2級管理員共享，進行2級遠程監(jiān)管。

4.7 系統(tǒng)構(gòu)建成本低

遠程控制系統(tǒng)安裝建設(shè)成本較低，適用范圍廣，系統(tǒng)建成后既能滿足運營公司低成本遠程監(jiān)控管理的基本要求，又能保障污水處理設(shè)備設(shè)施的長、穩(wěn)、優(yōu)運行控制。利用遠程控制系統(tǒng)，有利于實現(xiàn)資源利用最大化，滿足低成本、高效益的經(jīng)營要求。

5 結(jié)語

實踐表明，安裝運行低成本遠程監(jiān)控系統(tǒng)，能有效實現(xiàn)對農(nóng)村一體化生活污水處理廠站的實時運行監(jiān)控管理。該系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、系統(tǒng)問題并反饋，迅速推進專業(yè)技術(shù)人員精準對點，分析故障產(chǎn)生的原因并解決，避免了專業(yè)技術(shù)運維管理人員高頻率、低效率的現(xiàn)場巡檢，有效提高了一體化生活污水處理廠站的運行效率，極大降低了運營公司的運維成本，減少了能源消耗，能達到事半功倍的效果，達到開源節(jié)流的目的，具有廣闊的應(yīng)用前景。