一种农村生活污水处理一体化设备远程监控系统的设计

［摘 要］ 针对农村聚居点分散式小型污水处理设施数量多、覆盖面广、交通距离远、运维管理难度大等特点，构建一体化污水处理设备低成本远程监控管理系统。该系统可实现污水处理站运行管控、实时报警与历史报警、人员巡检监控、设备状态汇总管理、信息存储等功能，极具推广价值。

［关键词］ 污水处理；一体化设备；4G云智能多路遥控开关；远程监控

［中图分类号］ X799.3 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1674-7909（2022）16--4

0 引言

截至2020年，我国共有行政村492 995个，自然村2 362 908个［1］。我国村庄数量多，生活污水产生量较大。但是，大量的生活污水几乎未经专业污水处理设施处理，仅是通过化粪池沉淀后直接排放，恶化了农村生活居住环境，污染了各类水源，严重影响了村民的身体健康［2］。

针对农村居民聚居点分布广、人口分散的特点，充分考虑投建成本及管网建设难度，我国主要采用分散建设小型一体化污水处理站的模式处理农村生活污水。相关研究表明，15户或50人以上（常住人口）的农村居民聚居点需要修建一座小型生活污水处理设施［2］。大量农村一体化污水处理设施建成的同时，出现了一些非常棘手的问题：如何保障污水处理设施有效运行；如何保障设备高效低成本运行；如何确保属地政府或第三方运营公司对其实施有效监管，实现农村污水尽收尽处理等［3］。笔者针对此问题探索建立一种低成本的远程监控管理模式，并对其推行效果进行分析。

1 农村生活污水处理一体化设备的现有管理模式

农村分散式一体化污水处理厂站一般由政府出资建设，而污水处理设备的日常运行维护多是委托第三方运营公司管理。针对每个污水处理站，按约定由政府拨付一定费用给第三方运营公司购买服务。运营公司采用的通用做法就是在污水处理站就近招聘人员实施站点看管，或者分片区安排专业技术人员轮巡检查。此种管理方式有以下3种弊端［4］。

一是就近招聘驻点员工进行污水处理厂站管理，规模小的厂站会出现人工成本比例极高；就近招聘人员往往文化水平较低，专业技能不足，往往故障显现后才知道，且需要上报待公司专业人员处理；对维护人员履责情况无法监控。二是采用分片区专业技术人员多站点巡检，需要消耗较大时间成本及运行成本，缺陷消除不及时且管理效果不明显。三是现场不安排驻点员工，存在管理盲点。技术管理人员无法实时监控站内设备的运行状况，不能做到及时发现问题、解决问题。

2 新构建远程监控系统

针对分散式农村生活污水处理厂站管理体系不健全导致的污水处理工艺相对简单、定点专业管理难度大与成本高等问题，可开发实用型低成本远程控制系统，在实时监控设备运行状况的同时尽量降低管理体系的运营维护成本。这样才能让污水处理设备高效率运行，使管理成本可控，实现资源最大化利用。笔者利用智能开关综合自动化技术［5］、物联网技术设计了一体化污水处理厂站远程监控系统，可对农村生活污水处理站进行远程集中管理，能达到节约成本、实时管理、设备使用效率高的目的［3］。

2.1 系统构建及其优势

该系统通过4G云智能遥控多路开关，实现远程对污水处理厂的管理和监控。运营公司通过独有账号登录系统，按权限分级管控，由专业技术人员对污水处理厂进行远程监控。

该系统不用单独建平台，不用专人维护，且费用较低，可实现对污水处理一体化设备的远程控制和远程信号监控。运营公司不需要购买智慧水务管理平台服务，极大地规避了普通智慧水务监控平台建设费用较高、平台维护技术要求较高、需专人维护等弊端。

2.2 系统结构和工作原理

2.2.1 系统结构。该系统由终端层、数据层、网络层、控制层及下辖所有污水处理厂站运行设施的负荷层构成（见图1）。其中，智能开关的主要功能有6个：系统断电报警、设备启动信号反馈、设备停止信号反馈、设备启动控制、设备停止控制和设备共享管理。该系统通过4G网络实现手机App远程管控厂站现场设备的状态记录、控制信号及运行数据存储，同时按照不同层级的权限设计划分不同管理级别及其对应控制权限。云智能系统手机终端App由一台主机作为第一级权限管理发出管理共享，主机安装调试成功后，可以直接用管理人员电话号码作为账号登录进行管理，多名管理人员所操作的多台设备构成二级管理平台。此功能可以实现多人同时在线实时管控，形成一干多支的管理结构，进一步通过对不同层级管理人员的操作限制实现权限分配和监管厂站的责任分化（见图2）。

2.2.2 工作原理。4G云智能多路遥控开关是利用4G网络信号将运行状态或指令信号，以上传、下输指令的方式传送到终端后台手机App实现远程管控；监控信号实时传输，技术人员通过手机就可以方便快捷地实现远程运行状态监视及操作控制。

3 系统功能

3.1 污水处理站的运行管控

3.1.1 自动运行。4G云智能多路遥控开关直接调用污水处理系统中PLC运行数据［6］，实现对运行设备状态的监控。现场监控器工作电源（220 V/380 V）从系统动力电源接入，上电、断电信号通过云智能反馈到手机终端App，确认污水处理站各远程控制点是否正常上电及正常运行。一体化生活污水处理厂站设备运行控制系统依然通过PLC智能控制，设备按设定程序条件自动启动或停止进水泵、产水抽吸泵、曝气风机、加药计量泵等污水处理厂站基础动力设备。运行设备的启、停状态信号通过干接点接入4G云智能多路遥控开关，再利用4G网络信号传输，将各运行单元设备设施启、停状态信号传送到云智能与手机终端App连接，实现工艺技术管理人员、设备维护管理人员对生活污水处理厂站实时运行状态的监控管理。该系统的监控水平和管理方式符合分散式农村污水处理站点管理的实际要求，可本着节约和便于监控的原则确定。

3.1.2 手动运行。污水处理系统通过各运行单位设备由独立的启动、保持、停止电气二次回路接线控制，而启动、保持、停止运行状态由技术人员根据安全生产运行需求，用手机终端App控制器通过4G网络向4G云智能多路遥控开关发出设备动作信号指令。4G云智能多路遥控开关收到信号指令后，实时接通或断开电气元件控制干接点启、停动力设备，实现工艺技术管理人员、设备维护管理人员对该污水处理站运行状态的远程控制。

3.2 实时报警与历史报警

当污水处理厂站发生停电、设备故障或通信中断等异常情况时，该系统可弹出实时报警提示，报警窗口可显示报警时间、报警设备名称、报警状态等信息，提醒技术管理人员注意；待故障处理消缺后，4G云智能开关信号传输恢复正常。技术管理人员通过历史运行状态、故障报警功能查询系统的报警记录，对生产进行有效地追溯和管理。报警、预警可以使技术管理人员第一时间知晓设备运行过程中产生的不正常运行情况，及时安排专业人员赴现场消除排障（见图3、图4）。

3.3 人员巡检监控

4G云智能控制开关可对污水处理厂站设备的巡检情况进行管理跟踪。运营公司按计划时间安排巡检人员到达现场巡检运行设备后，巡检人员现场手动启、停设备或维护设备，云智能系统会显示计划时间内所有设备的动作位置、巡检设备点位置，使第三方运营公司在不具备安装视频监控条件的站点，通过监控开关量的动作信号有效对巡检人员现场管理、现场维护进行印证。

3.4 设备状态汇总管理

在手机终端App登录云智能系统后进入的是运行设备分类列表页面，可显示所有污水处理站点及接入的所有运行设备。各污水处理厂站可以单独建立且单独命名设备管理仓，各运行单元的动力设备同样可以设置独立的编号，避免同类型设备混淆，出现管理错乱。这有利于运营公司工艺技术管理人员、设备维护管理人员对污水处理厂站进行监管时可以清楚明白地收取和下达指令。

3.5 信息存储

云智能系统手机终端App可对各污水处理厂站设备设施运行状态的历史数据做统一存储和管理，技术管理人员可通过后台管理系统按时间段查询各污水处理厂站相应设备的历史运行情况，同时可以将历史数据截图导出到本地电脑另行存储归档管理。利用该功能，运营公司可对各个污水处理厂站的整体历史运行情况进行方便快捷地把控和管理，可以有效了解现场管理巡检人员对设备的巡检与维护情况，同时核实上报数据与实际实时数据的真实性、精准性，实时跟踪现场管理巡检人员对污水处理厂站设备是否巡检、维护到位（见图5）。

4 系统特点

4.1 结构清晰简单

云智能遥控开关通过4G网络传输信号至云智能管理软件，确保技术管理人员在手机终端App即可实现对污水处理厂站设备的远程控制管理。该系统维护管理方便，使用方式简单，无须模拟智慧水务等远程管理系统中安装众多繁杂的硬件、软件设备，极大地降低了远程控制系统的管理技能要求，并减轻了维护人员的管理工作强度。

4.2 4G云智能开关控制器安全性较强

每台云智能开关设计有单独的二维码，一体化污水处理设备远程监控系统管理用户只有通过手机App云端与每台云智能开关特有的二维码进行图像识别连接，通过密码登录账号后才能进入智能系统，可避免运行监管账号被他人入侵。

4.3 4G云智能开关控制器运行稳定性较高

简单的云智能开关具有稳定、可靠的硬件设计，能够在-40～70 ℃的极端环境下正常工作，电压220 V/380 V通用。终端平台适用于安卓（Android）、苹果（IOS）操作系统，只要2G/4G网络信号不中断，4G云智能开关控制器就能不受距离限制地对一体化污水处理设备进行远程监控。只要市电电网不中断供电，4G云智能开关就能保证24 h实时稳定在线工作。

4.4 状态信号反馈实时性强

当被监控点位出现系统上电、断电，设备启动、停止有开关量信号时，4G云智能开关控制器就会立即自动发出报警信号。云智能自动将报警信息推送到技术管理人员及公司管理和监管部门的手机终端App。系统无延时反馈，可以同时接收和处理若干个站点的运行状态信号，有效实现运行状态的及时迅速反映，可以很好地满足运营公司及监管部门对数据采集和传输指令实时性的要求。

4.5 指令信号传送便捷

技术管理人员可以通过手机终端App发出指令，实时准确远程控制系统所管理污水处理厂站的任何一台设备的启停。

4.6 共享资源覆盖面广

利用该系统，可实现对一体化污水处理设备的多人监控管理。按分级管控权限在主机绑定完成后，管理员可以直接通过管理系统App，用下一级管理人员的电话号码作为2级账号将现场实时情况与2级管理员共享，进行2级远程监管。

4.7 系统构建成本低

远程控制系统安装建设成本较低，适用范围广，系统建成后既能满足运营公司低成本远程监控管理的基本要求，又能保障污水处理设备设施的长、稳、优运行控制。利用远程控制系统，有利于实现资源利用最大化，满足低成本、高效益的经营要求。

5 结语

实践表明，安装运行低成本远程监控系统，能有效实现对农村一体化生活污水处理厂站的实时运行监控管理。该系统可及时发现设备故障、系统问题并反馈，迅速推进专业技术人员精准对点，分析故障产生的原因并解决，避免了专业技术运维管理人员高频率、低效率的现场巡检，有效提高了一体化生活污水处理厂站的运行效率，极大降低了运营公司的运维成本，减少了能源消耗，能达到事半功倍的效果，达到开源节流的目的，具有广阔的应用前景。

参考文献：

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.2020城乡建设统计年鉴［EB/OL］.（2021-10-11）［2022-07-08］.https：//www.mohurd.gov.cn/ess/？ty=a&query=%E5%B9%B4%E9%89%B4&ukl=&uka=&ukf=%E5%B9%B4%E9%89%B4&ukt=&sl=&ts=&te=&upg=1.

［2］李季，王越.从乡间堆肥入手重建循环经济［J］.人与生物圈，2021（3/4）：52-57.

［3］张璐怡.新形势下我国污水处理行业发展现状分析［J］.环境保护，2021（2）：32-36.

［4］王聚财，王坤，陈进松.一种用于新农村的生活污水处理设备设计［J］.成功·教育，2018（10）：230.

［5］林荣忱，乔寿锁，王亮廉.污废水处理设施运行管理［M］.北京：北京出版社，2006：402-460.

［6］郑梅.污水处理工程工艺设计从入门到精通［M］.北京：化学工业出版社，2017：209-210.