劉志成 史 蓓 陳 飛

（1.四川瀘天化麥王阜陽(yáng)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(guó)共有行政村492 995個(gè)，自然村2 362 908個(gè)。我國(guó)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(guò)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(yán)重影響了村民的身體健康。

針對(duì)農(nóng)村居民聚居點(diǎn)分布廣、人口分散的特點(diǎn)，充分考慮投建成本及管網(wǎng)建設(shè)難度，我國(guó)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(diǎn)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(shí)，出現(xiàn)了一些非常棘手的問(wèn)題：如何保障污水處理設(shè)施有效運(yùn)行；如何保障設(shè)備高效低成本運(yùn)行；如何確保屬地政府或第三方運(yùn)營(yíng)公司對(duì)其實(shí)施有效監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村污水盡收盡處理等。筆者針對(duì)此問(wèn)題探索建立一種低成本的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理模式，并對(duì)其推行效果進(jìn)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(yùn)行維護(hù)多是委托第三方運(yùn)營(yíng)公司管理。針對(duì)每個(gè)污水處理站，按約定由政府撥付一定費(fèi)用給第三方運(yùn)營(yíng)公司購(gòu)買(mǎi)服務(wù)。運(yùn)營(yíng)公司采用的通用做法就是在污水處理站就近招聘人員實(shí)施站點(diǎn)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(diǎn)員工進(jìn)行污水處理廠站管理，規(guī)模小的廠站會(huì)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(bào)待公司專業(yè)人員處理；對(duì)維護(hù)人員履責(zé)情況無(wú)法監(jiān)控。二是采用分片區(qū)專業(yè)技術(shù)人員多站點(diǎn)巡檢，需要消耗較大時(shí)間成本及運(yùn)行成本，缺陷消除不及時(shí)且管理效果不明顯。三是現(xiàn)場(chǎng)不安排駐點(diǎn)員工，存在管理盲點(diǎn)。技術(shù)管理人員無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況，不能做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。

2 新構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)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(duì)簡(jiǎn)單、定點(diǎn)專業(yè)管理難度大與成本高等問(wèn)題，可開(kāi)發(fā)實(shí)用型低成本遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況的同時(shí)盡量降低管理體系的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。這樣才能讓污水處理設(shè)備高效率運(yùn)行，使管理成本可控，實(shí)現(xiàn)資源最大化利用。筆者利用智能開(kāi)關(guān)綜合自動(dòng)化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一體化污水處理廠站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)農(nóng)村生活污水處理站進(jìn)行遠(yuǎn)程集中管理，能達(dá)到節(jié)約成本、實(shí)時(shí)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(shì)

該系統(tǒng)通過(guò)4G云智能遙控多路開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)污水處理廠的管理和監(jiān)控。運(yùn)營(yíng)公司通過(guò)獨(dú)有賬號(hào)登錄系統(tǒng)，按權(quán)限分級(jí)管控，由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)污水處理廠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

該系統(tǒng)不用單獨(dú)建平臺(tái)，不用專人維護(hù)，且費(fèi)用較低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理一體化設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程信號(hào)監(jiān)控。運(yùn)營(yíng)公司不需要購(gòu)買(mǎi)智慧水務(wù)管理平臺(tái)服務(wù)，極大地規(guī)避了普通智慧水務(wù)監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)費(fèi)用較高、平臺(tái)維護(hù)技術(shù)要求較高、需專人維護(hù)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(yùn)行設(shè)施的負(fù)荷層構(gòu)成（見(jiàn)圖1）。其中，智能開(kāi)關(guān)的主要功能有6個(gè)：系統(tǒng)斷電報(bào)警、設(shè)備啟動(dòng)信號(hào)反饋、設(shè)備停止信號(hào)反饋、設(shè)備啟動(dòng)控制、設(shè)備停止控制和設(shè)備共享管理。該系統(tǒng)通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)手機(jī)App遠(yuǎn)程管控廠站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)記錄、控制信號(hào)及運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)按照不同層級(jí)的權(quán)限設(shè)計(jì)劃分不同管理級(jí)別及其對(duì)應(yīng)控制權(quán)限。云智能系統(tǒng)手機(jī)終端App由一臺(tái)主機(jī)作為第一級(jí)權(quán)限管理發(fā)出管理共享，主機(jī)安裝調(diào)試成功后，可以直接用管理人員電話號(hào)碼作為賬號(hào)登錄進(jìn)行管理，多名管理人員所操作的多臺(tái)設(shè)備構(gòu)成二級(jí)管理平臺(tái)。此功能可以實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)在線實(shí)時(shí)管控，形成一干多支的管理結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步通過(guò)對(duì)不同層級(jí)管理人員的操作限制實(shí)現(xiàn)權(quán)限分配和監(jiān)管廠站的責(zé)任分化（見(jiàn)圖2）。

2.2.2 工作原理。4G云智能多路遙控開(kāi)關(guān)是利用4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)將運(yùn)行狀態(tài)或指令信號(hào)，以上傳、下輸指令的方式傳送到終端后臺(tái)手機(jī)App實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管控；監(jiān)控信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸，技術(shù)人員通過(guò)手機(jī)就可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)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(yùn)行管控

圖1 系統(tǒng)運(yùn)用管理結(jié)構(gòu)圖

圖2 權(quán)限分級(jí)管理圖

3.1.1 自動(dòng)運(yùn)行。4G云智能多路遙控開(kāi)關(guān)直接調(diào)用污水處理系統(tǒng)中PLC運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器工作電源（220 V/380 V）從系統(tǒng)動(dòng)力電源接入，上電、斷電信號(hào)通過(guò)云智能反饋到手機(jī)終端App，確認(rèn)污水處理站各遠(yuǎn)程控制點(diǎn)是否正常上電及正常運(yùn)行。一體化生活污水處理廠站設(shè)備運(yùn)行控制系統(tǒng)依然通過(guò)PLC智能控制，設(shè)備按設(shè)定程序條件自動(dòng)啟動(dòng)或停止進(jìn)水泵、產(chǎn)水抽吸泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥計(jì)量泵等污水處理廠站基礎(chǔ)動(dòng)力設(shè)備。運(yùn)行設(shè)備的啟、停狀態(tài)信號(hào)通過(guò)干接點(diǎn)接入4G云智能多路遙控開(kāi)關(guān)，再利用4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸，將各運(yùn)行單元設(shè)備設(shè)施啟、停狀態(tài)信號(hào)傳送到云智能與手機(jī)終端App連接，實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)管理人員、設(shè)備維護(hù)管理人員對(duì)生活污水處理廠站實(shí)時(shí)運(yùn)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(diǎn)管理的實(shí)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(dòng)運(yùn)行。污水處理系統(tǒng)通過(guò)各運(yùn)行單位設(shè)備由獨(dú)立的啟動(dòng)、保持、停止電氣二次回路接線控制，而啟動(dòng)、保持、停止運(yùn)行狀態(tài)由技術(shù)人員根據(jù)安全生產(chǎn)運(yùn)行需求，用手機(jī)終端App控制器通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)向4G云智能多路遙控開(kāi)關(guān)發(fā)出設(shè)備動(dòng)作信號(hào)指令。4G云智能多路遙控開(kāi)關(guān)收到信號(hào)指令后，實(shí)時(shí)接通或斷開(kāi)電氣元件控制干接點(diǎn)啟、停動(dòng)力設(shè)備，實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)管理人員、設(shè)備維護(hù)管理人員對(duì)該污水處理站運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制。

3.2 實(shí)時(shí)報(bào)警與歷史報(bào)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(shí)，該系統(tǒng)可彈出實(shí)時(shí)報(bào)警提示，報(bào)警窗口可顯示報(bào)警時(shí)間、報(bào)警設(shè)備名稱、報(bào)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(kāi)關(guān)信號(hào)傳輸恢復(fù)正常。技術(shù)管理人員通過(guò)歷史運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警功能查詢系統(tǒng)的報(bào)警記錄，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行有效地追溯和管理。報(bào)警、預(yù)警可以使技術(shù)管理人員第一時(shí)間知曉設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的不正常運(yùn)行情況，及時(shí)安排專業(yè)人員赴現(xiàn)場(chǎng)消除排障（見(jiàn)圖3、圖4）。

3.3 人員巡檢監(jiān)控

4G云智能控制開(kāi)關(guān)可對(duì)污水處理廠站設(shè)備的巡檢情況進(jìn)行管理跟蹤。運(yùn)營(yíng)公司按計(jì)劃時(shí)間安排巡檢人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)巡檢運(yùn)行設(shè)備后，巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟、停設(shè)備或維護(hù)設(shè)備，云智能系統(tǒng)會(huì)顯示計(jì)劃時(shí)間內(nèi)所有設(shè)備的動(dòng)作位置、巡檢設(shè)備點(diǎn)位置，使第三方運(yùn)營(yíng)公司在不具備安裝視頻監(jiān)控條件的站點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)控開(kāi)關(guān)量的動(dòng)作信號(hào)有效對(duì)巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)管理、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)進(jìn)行印證。

3.4 設(shè)備狀態(tài)匯總管理

在手機(jī)終端App登錄云智能系統(tǒng)后進(jìn)入的是運(yùn)行設(shè)備分類列表頁(yè)面，可顯示所有污水處理站點(diǎn)及接入的所有運(yùn)行設(shè)備。各污水處理廠站可以單獨(dú)建立且單獨(dú)命名設(shè)備管理倉(cāng)，各運(yùn)行單元的動(dòng)力設(shè)備同樣可以設(shè)置獨(dú)立的編號(hào)，避免同類型設(shè)備混淆，出現(xiàn)管理錯(cuò)亂。這有利于運(yùn)營(yíng)公司工藝技術(shù)管理人員、設(shè)備維護(hù)管理人員對(duì)污水處理廠站進(jìn)行監(jiān)管時(shí)可以清楚明白地收取和下達(dá)指令。

3.5 信息存儲(chǔ)

云智能系統(tǒng)手機(jī)終端App可對(duì)各污水處理廠站設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)做統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，技術(shù)管理人員可通過(guò)后臺(tái)管理系統(tǒng)按時(shí)間段查詢各污水處理廠站相應(yīng)設(shè)備的歷史運(yùn)行情況，同時(shí)可以將歷史數(shù)據(jù)截圖導(dǎo)出到本地電腦另行存儲(chǔ)歸檔管理。利用該功能，運(yùn)營(yíng)公司可對(duì)各個(gè)污水處理廠站的整體歷史運(yùn)行情況進(jìn)行方便快捷地把控和管理，可以有效了解現(xiàn)場(chǎng)管理巡檢人員對(duì)設(shè)備的巡檢與維護(hù)情況，同時(shí)核實(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)與實(shí)際實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、精準(zhǔn)性，實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)管理巡檢人員對(duì)污水處理廠站設(shè)備是否巡檢、維護(hù)到位（見(jiàn)圖5）。

圖3 故障消息報(bào)警圖

圖4 實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)圖

圖5 歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)圖

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

4.1 結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)單

云智能遙控開(kāi)關(guān)通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)至云智能管理軟件，確保技術(shù)管理人員在手機(jī)終端App即可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠站設(shè)備的遠(yuǎn)程控制管理。該系統(tǒng)維護(hù)管理方便，使用方式簡(jiǎn)單，無(wú)須模擬智慧水務(wù)等遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)的管理技能要求，并減輕了維護(hù)人員的管理工作強(qiáng)度。

4.2 4G云智能開(kāi)關(guān)控制器安全性較強(qiáng)

每臺(tái)云智能開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)有單獨(dú)的二維碼，一體化污水處理設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)管理用戶只有通過(guò)手機(jī)App云端與每臺(tái)云智能開(kāi)關(guān)特有的二維碼進(jìn)行圖像識(shí)別連接，通過(guò)密碼登錄賬號(hào)后才能進(jìn)入智能系統(tǒng)，可避免運(yùn)行監(jiān)管賬號(hào)被他人入侵。

4.3 4G云智能開(kāi)關(guān)控制器運(yùn)行穩(wěn)定性較高

簡(jiǎn)單的云智能開(kāi)關(guān)具有穩(wěn)定、可靠的硬件設(shè)計(jì)，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(tái)適用于安卓（Android）、蘋(píng)果（IOS）操作系統(tǒng)，只要2G/4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不中斷，4G云智能開(kāi)關(guān)控制器就能不受距離限制地對(duì)一體化污水處理設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。只要市電電網(wǎng)不中斷供電，4G云智能開(kāi)關(guān)就能保證24 h實(shí)時(shí)穩(wěn)定在線工作。

4.4 狀態(tài)信號(hào)反饋實(shí)時(shí)性強(qiáng)

當(dāng)被監(jiān)控點(diǎn)位出現(xiàn)系統(tǒng)上電、斷電，設(shè)備啟動(dòng)、停止有開(kāi)關(guān)量信號(hào)時(shí)，4G云智能開(kāi)關(guān)控制器就會(huì)立即自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。云智能自動(dòng)將報(bào)警信息推送到技術(shù)管理人員及公司管理和監(jiān)管部門(mén)的手機(jī)終端App。系統(tǒng)無(wú)延時(shí)反饋，可以同時(shí)接收和處理若干個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，有效實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的及時(shí)迅速反映，可以很好地滿足運(yùn)營(yíng)公司及監(jiān)管部門(mén)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸指令實(shí)時(shí)性的要求。

4.5 指令信號(hào)傳送便捷

技術(shù)管理人員可以通過(guò)手機(jī)終端App發(fā)出指令，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)所管理污水處理廠站的任何一臺(tái)設(shè)備的啟停。

4.6 共享資源覆蓋面廣

利用該系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一體化污水處理設(shè)備的多人監(jiān)控管理。按分級(jí)管控權(quán)限在主機(jī)綁定完成后，管理員可以直接通過(guò)管理系統(tǒng)App，用下一級(jí)管理人員的電話號(hào)碼作為2級(jí)賬號(hào)將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況與2級(jí)管理員共享，進(jìn)行2級(jí)遠(yuǎn)程監(jiān)管。

4.7 系統(tǒng)構(gòu)建成本低

遠(yuǎn)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(yùn)營(yíng)公司低成本遠(yuǎn)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(zhǎng)、穩(wěn)、優(yōu)運(yùn)行控制。利用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)資源利用最大化，滿足低成本、高效益的經(jīng)營(yíng)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，安裝運(yùn)行低成本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村一體化生活污水處理廠站的實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控管理。該系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障、系統(tǒng)問(wèn)題并反饋，迅速推進(jìn)專業(yè)技術(shù)人員精準(zhǔn)對(duì)點(diǎn)，分析故障產(chǎn)生的原因并解決，避免了專業(yè)技術(shù)運(yùn)維管理人員高頻率、低效率的現(xiàn)場(chǎng)巡檢，有效提高了一體化生活污水處理廠站的運(yùn)行效率，極大降低了運(yùn)營(yíng)公司的運(yùn)維成本，減少了能源消耗，能達(dá)到事半功倍的效果，達(dá)到開(kāi)源節(jié)流的目的，具有廣闊的應(yīng)用前景。