一種農村生活污水處理一體化設備遠程監控系統的設計

劉志成 史 蓓 陳 飛

（1.四川瀘天化麥王阜陽環保有限公司，四川 瀘州 646200；2.四川瀘天化麥王環保科技有限責任公司，四川 瀘州 646200；3.四川瀘天化麥王匯興水務有限責任公司，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。我國村莊數量多，生活污水產生量較大。但是，大量的生活污水幾乎未經專業污水處理設施處理，僅是通過化糞池沉淀后直接排放，惡化了農村生活居住環境，污染了各類水源，嚴重影響了村民的身體健康。

針對農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建設難度，我國主要采用分散建設小型一體化污水處理站的模式處理農村生活污水。相關研究表明，15戶或50人以上（常住人口）的農村居民聚居點需要修建一座小型生活污水處理設施。大量農村一體化污水處理設施建成的同時，出現了一些非常棘手的問題：如何保障污水處理設施有效運行；如何保障設備高效低成本運行；如何確保屬地政府或第三方運營公司對其實施有效監管，實現農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控管理模式，并對其推行效果進行分析。

1 農村生活污水處理一體化設備的現有管理模式

農村分散式一體化污水處理廠站一般由政府出資建設，而污水處理設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。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，或者分片區安排專業技術人員輪巡檢查。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，規模小的廠站會出現人工成本比例極高；就近招聘人員往往文化水平較低，專業技能不足，往往故障顯現后才知道，且需要上報待公司專業人員處理；對維護人員履責情況無法監控。二是采用分片區專業技術人員多站點巡檢，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。三是現場不安排駐點員工，存在管理盲點。技術管理人員無法實時監控站內設備的運行狀況，不能做到及時發現問題、解決問題。

2 新構建遠程監控系統

針對分散式農村生活污水處理廠站管理體系不健全導致的污水處理工藝相對簡單、定點專業管理難度大與成本高等問題，可開發實用型低成本遠程控制系統，在實時監控設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備高效率運行，使管理成本可控，實現資源最大化利用。筆者利用智能開關綜合自動化技術、物聯網技術設計了一體化污水處理廠站遠程監控系統，可對農村生活污水處理站進行遠程集中管理，能達到節約成本、實時管理、設備使用效率高的 目的。

2.1 系統構建及其優勢

該系統通過4G云智能遙控多路開關，實現遠程對污水處理廠的管理和監控。運營公司通過獨有賬號登錄系統，按權限分級管控，由專業技術人員對污水處理廠進行遠程監控。

該系統不用單獨建平臺，不用專人維護，且費用較低，可實現對污水處理一體化設備的遠程控制和遠程信號監控。運營公司不需要購買智慧水務管理平臺服務，極大地規避了普通智慧水務監控平臺建設費用較高、平臺維護技術要求較高、需專人維護等弊端。

2.2 系統結構和工作原理

2.2.1 系統結構。該系統由終端層、數據層、網絡層、控制層及下轄所有污水處理廠站運行設施的負荷層構成（見圖1）。其中，智能開關的主要功能有6個：系統斷電報警、設備啟動信號反饋、設備停止信號反饋、設備啟動控制、設備停止控制和設備共享管理。該系統通過4G網絡實現手機App遠程管控廠站現場設備的狀態記錄、控制信號及運行數據存儲，同時按照不同層級的權限設計劃分不同管理級別及其對應控制權限。云智能系統手機終端App由一臺主機作為第一級權限管理發出管理共享，主機安裝調試成功后，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備構成二級管理平臺。此功能可以實現多人同時在線實時管控，形成一干多支的管理結構，進一步通過對不同層級管理人員的操作限制實現權限分配和監管廠站的責任分化（見圖2）。

2.2.2 工作原理。4G云智能多路遙控開關是利用4G網絡信號將運行狀態或指令信號，以上傳、下輸指令的方式傳送到終端后臺手機App實現遠程管控；監控信號實時傳輸，技術人員通過手機就可以方便快捷地實現遠程運行狀態監視及操作控制。

3 系統功能

3.1 污水處理站的運行管控

圖1 系統運用管理結構圖

圖2 權限分級管理圖

3.1.1 自動運行。4G云智能多路遙控開關直接調用污水處理系統中PLC運行數據，實現對運行設備狀態的監控。現場監控器工作電源（220 V/380 V）從系統動力電源接入，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備運行控制系統依然通過PLC智能控制，設備按設定程序條件自動啟動或停止進水泵、產水抽吸泵、曝氣風機、加藥計量泵等污水處理廠站基礎動力設備。運行設備的啟、停狀態信號通過干接點接入4G云智能多路遙控開關，再利用4G網絡信號傳輸，將各運行單元設備設施啟、停狀態信號傳送到云智能與手機終端App連接，實現工藝技術管理人員、設備維護管理人員對生活污水處理廠站實時運行狀態的監控管理。該系統的監控水平和管理方式符合分散式農村污水處理站點管理的實際要求，可本著節約和便于監控的原則確定。

3.1.2 手動運行。污水處理系統通過各運行單位設備由獨立的啟動、保持、停止電氣二次回路接線控制，而啟動、保持、停止運行狀態由技術人員根據安全生產運行需求，用手機終端App控制器通過4G網絡向4G云智能多路遙控開關發出設備動作信號指令。4G云智能多路遙控開關收到信號指令后，實時接通或斷開電氣元件控制干接點啟、停動力設備，實現工藝技術管理人員、設備維護管理人員對該污水處理站運行狀態的遠程控制。

3.2 實時報警與歷史報警

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

3.3 人員巡檢監控

4G云智能控制開關可對污水處理廠站設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場巡檢運行設備后，巡檢人員現場手動啟、停設備或維護設備，云智能系統會顯示計劃時間內所有設備的動作位置、巡檢設備點位置，使第三方運營公司在不具備安裝視頻監控條件的站點，通過監控開關量的動作信號有效對巡檢人員現場管理、現場維護進行印證。

3.4 設備狀態匯總管理

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

3.5 信息存儲

云智能系統手機終端App可對各污水處理廠站設備設施運行狀態的歷史數據做統一存儲和管理，技術管理人員可通過后臺管理系統按時間段查詢各污水處理廠站相應設備的歷史運行情況，同時可以將歷史數據截圖導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，可以有效了解現場管理巡檢人員對設備的巡檢與維護情況，同時核實上報數據與實際實時數據的真實性、精準性，實時跟蹤現場管理巡檢人員對污水處理廠站設備是否巡檢、維護到位（見圖5）。

圖3 故障消息報警圖

圖4 實時運行狀態圖

圖5 歷史運行數據圖

4 系統特點

4.1 結構清晰簡單

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

4.2 4G云智能開關控制器安全性較強

每臺云智能開關設計有單獨的二維碼，一體化污水處理設備遠程監控系統管理用戶只有通過手機App云端與每臺云智能開關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，可避免運行監管賬號被他人入侵。

4.3 4G云智能開關控制器運行穩定性較高

簡單的云智能開關具有穩定、可靠的硬件設計，能夠在-40～70 ℃的極端環境下正常工作，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，只要2G/4G網絡信號不中斷，4G云智能開關控制器就能不受距離限制地對一體化污水處理設備進行遠程監控。只要市電電網不中斷供電，4G云智能開關就能保證24 h實時穩定在線工作。

4.4 狀態信號反饋實時性強

當被監控點位出現系統上電、斷電，設備啟動、停止有開關量信號時，4G云智能開關控制器就會立即自動發出報警信號。云智能自動將報警信息推送到技術管理人員及公司管理和監管部門的手機終端App。系統無延時反饋，可以同時接收和處理若干個站點的運行狀態信號，有效實現運行狀態的及時迅速反映，可以很好地滿足運營公司及監管部門對數據采集和傳輸指令實時性的要求。

4.5 指令信號傳送便捷

技術管理人員可以通過手機終端App發出指令，實時準確遠程控制系統所管理污水處理廠站的任何一臺設備的啟停。

4.6 共享資源覆蓋面廣

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

4.7 系統構建成本低

遠程控制系統安裝建設成本較低，適用范圍廣，系統建成后既能滿足運營公司低成本遠程監控管理的基本要求，又能保障污水處理設備設施的長、穩、優運行控制。利用遠程控制系統，有利于實現資源利用最大化，滿足低成本、高效益的經營要求。

5 結語

實踐表明，安裝運行低成本遠程監控系統，能有效實現對農村一體化生活污水處理廠站的實時運行監控管理。該系統可及時發現設備故障、系統問題并反饋，迅速推進專業技術人員精準對點，分析故障產生的原因并解決，避免了專業技術運維管理人員高頻率、低效率的現場巡檢，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，達到開源節流的目的，具有廣闊的應用前景。