段煉 王冠 邵立雪

【摘? ? 要】：針對農(nóng)村污水處理系統(tǒng)存在的處理設(shè)施規(guī)模小、數(shù)量多且分布散、整體運維難度大的問題，采用智慧化管理手段，對農(nóng)村污水處理設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理，建立從監(jiān)控到運維管理的體系，從而提高管理效率、降低人工成本。

【關(guān)鍵詞】：農(nóng)村；污水處理；智慧化系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)

【中圖分類號】：X799.3【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）03-77-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.023

Study on the Plan of the Intelligent System of Rural Sewage Treatment

DUAN Lian1，WANG Guan1，SHAO Lixue1

（Nanjing Municipal Design and Research Institute Co. Ltd.， Nanjing 210039，China）

【Abstract】：Aimed at problems of Rural sewage treatment system such as small scale， large number and scattered distribution， and the overall operation and maintenance is difficult. In this paper， intelligent management means are adopted to carry out remote monitoring and centralized management of rural sewage treatment facilities， and establish a business system from monitoring to operation and maintenance management， so as to improve management efficiency and reduce labor costs.

【Key words】：Country; Rural Sewage Treatmen; Intelligent System? Internet of Things

目前，我國農(nóng)村污水治理存在諸多問題，包括污水處理站數(shù)量較多且分布零散；污水的水質(zhì)波動較大，總體水量偏少，處理分?jǐn)偝杀靖叩萚1]。上述問題可以通過建設(shè)污水處理智慧化系統(tǒng)解決；但當(dāng)下污水處理智慧化系統(tǒng)實施方案，對農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀的針對性不足，不能夠完全滿足當(dāng)下農(nóng)村污水處理的需求。

本文從農(nóng)村污水處理的工藝方案出發(fā)，綜合運行物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、GIS、云平臺等技術(shù)手段，提出一套農(nóng)村污水處理智慧化系統(tǒng)的實施方案，將分散的農(nóng)村污水處理設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)接入和數(shù)據(jù)整合，構(gòu)建基礎(chǔ)信息管理、可視化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報警及預(yù)案管理、運維管理統(tǒng)一的管控系統(tǒng)平臺，同時具有監(jiān)控中心平臺和移動式手持終端遠(yuǎn)程監(jiān)管的功能，實現(xiàn)工業(yè)化和智慧化的有機(jī)融合，推動從被動管理到主動管理、經(jīng)驗管理向科學(xué)管理的轉(zhuǎn)變[2]。

1 工藝方案

根據(jù)污水收集、處理模式的不同，農(nóng)村生活污水處理工藝方案按表1進(jìn)行分類[3]。

典型的分散處理模式，以無人值守的一體化污水處理設(shè)施為主，適用于常住人口較少或分布零散的村莊。見圖1。

2 總體架構(gòu)

通常農(nóng)村污水智慧化系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為四層：業(yè)務(wù)應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層和感知層。見圖2。

2.1 感知層

主要完成農(nóng)村污水處理實時在線、全面感知與數(shù)據(jù)采集、準(zhǔn)確可靠的一體化監(jiān)控體系?；緮?shù)據(jù)采集項目為設(shè)施運行狀態(tài)（設(shè)備開啟、關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)備運行故障報警等）；推薦項目為進(jìn)水水量、水質(zhì)，出水水質(zhì)，藥劑投加，風(fēng)機(jī)（泵房）電耗，污泥量以及設(shè)施運行維護(hù)全過程信息。其中，基本數(shù)據(jù)采集項目為必須檢測項目。

2.2 設(shè)備層

城鎮(zhèn)污水處理廠和農(nóng)村污水處理站通常采用SCADA系統(tǒng)，PLC柜與電氣柜分開，安裝于廠區(qū)配電室內(nèi)，其控制方式為手動控制、PLC自動控制和遠(yuǎn)程控制。

一體化污水處理設(shè)施一般使用廠家成套提供的控制柜，PLC柜與電氣柜合并設(shè)置，在戶外落地安裝。一體化污水處理設(shè)施通常無人值守，以PLC自動控制和遠(yuǎn)程控制為主。

PLC自動控制的程序包應(yīng)滿足智慧系統(tǒng)信號接入?yún)f(xié)議的要求，能采集并傳輸包括流量計水量，提升泵、計量泵的電動機(jī)運轉(zhuǎn)狀態(tài)等工況；同時能夠接收管理平臺的遠(yuǎn)程控制指令，對任意設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停及整套控制程序的一鍵啟動、中止或結(jié)束。設(shè)備如有多種流程控制程序，還須有遠(yuǎn)程切換各程序功能。程序中的控制參數(shù)全部可以進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，如液位、頻率、流程時間、曝氣量、加藥量等。PLC程序可進(jìn)行遠(yuǎn)程修改。

2.3 網(wǎng)絡(luò)層

與上級控制中心的信號傳輸通常以無線傳輸（4G/5G）或有線傳輸（VPN或?qū)＞€）的方式實現(xiàn)；通信方式的選擇取決于需要傳輸至上級控制中心的數(shù)據(jù)量及可靠性。城鎮(zhèn)污水處理廠和農(nóng)村污水處理站由于工藝設(shè)備、儀表以及攝像頭數(shù)量較多，一般采用有線傳輸；一體化污水處理設(shè)施工藝設(shè)備、儀表以及攝像頭數(shù)量較少，通常采用無線傳輸。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

該層直接面向用戶的核心需求，提供核心業(yè)務(wù)應(yīng)用和終端應(yīng)用，全面提供現(xiàn)場污水處理設(shè)施、設(shè)備、泵站的運行監(jiān)控數(shù)據(jù)及視頻圖像數(shù)據(jù)，主要包括基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、可視化管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)、告警信息管理系統(tǒng)、事件預(yù)警管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)上報系統(tǒng)、生產(chǎn)運維管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)管及巡維系統(tǒng)應(yīng)用程序（APP）等子系統(tǒng)，為用戶的日常管理、設(shè)備監(jiān)管、人員調(diào)度、分析決策提供輔助支持。

2.4.1 基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)

對各污水處理廠（站）所處的村鎮(zhèn)（街道）名稱、設(shè)施概況等基礎(chǔ)信息、運行管理及維護(hù)單位組織架構(gòu)、人員信息和用戶權(quán)限等信息等進(jìn)行錄入和維護(hù)。

1）站點信息維護(hù)：包括站點基本信息（設(shè)施編號、行政區(qū)域、設(shè)施處理量、啟用或禁用等）的管理。

2）系統(tǒng)組織架構(gòu)及業(yè)務(wù)操作人員基本信息維護(hù)：包括登入帳號、姓名、性別、聯(lián)系電話等。

3）權(quán)限設(shè)置：根據(jù)平臺各項功能的使用范圍，按照用戶性質(zhì)設(shè)置平臺系統(tǒng)功能使用權(quán)限，包括站點詳情參看、錄入、查詢、修改、審核、遠(yuǎn)程遙控等權(quán)限及用戶組維護(hù)、角色管理等設(shè)置。

4）日志管理：對整個管理系統(tǒng)的登入、訪問、操作、事件等行為進(jìn)行記錄，通過管理員權(quán)限在后臺進(jìn)行查詢、導(dǎo)出并進(jìn)一步對日志內(nèi)容加以統(tǒng)計，方便問題追溯。

2.4.2 設(shè)備管理系統(tǒng)

主要對各污水處理廠（站）使用的各種設(shè)備、儀器儀表、傳感器等進(jìn)行維護(hù)管理，包括設(shè)備臺賬管理、設(shè)備養(yǎng)護(hù)管理、設(shè)備維修更換、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、備品備件倉庫管理等功能。

1）設(shè)備臺賬管理：記錄各所屬廠（站）設(shè)備名稱、安裝時間、安裝位置、品牌、型號，保養(yǎng)維修更換記錄等信息。

2）設(shè)備養(yǎng)護(hù)管理：通過設(shè)備檔案中的各類維護(hù)要求信息，自動生成各類維護(hù)（巡檢、檢修、更新）計劃，也可通過手工添加設(shè)備維護(hù)計劃，形成維護(hù)計劃列表。

3）設(shè)備數(shù)據(jù)校準(zhǔn)：在污水處理廠（站）設(shè)備更換工作中，對設(shè)備運行時間或其他累計值（如水表、電表）進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)或清零，保證管理平臺數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。

4）備品備件管理：主要備品備件的基礎(chǔ)資料管理；所屬片區(qū)倉庫管理；設(shè)備材料出庫、入庫、調(diào)撥管理并進(jìn)行消耗統(tǒng)計，低庫存告警等。

2.4.3 可視化管理系統(tǒng)

可以在地圖上精確定位到具體污水處理廠（站）所處的位置；也可通過右側(cè)搜索框進(jìn)行模糊站名查找或按照鎮(zhèn)、村、廠（站）點等結(jié)構(gòu)進(jìn)行列表查找。

設(shè)施類型、模式等不同工況用不同顏色進(jìn)行標(biāo)識；地圖支持范圍內(nèi)放大、縮小等功能。對于工作異常和正在運維中的站點，分別用紅色和黃色表示，正常站點用綠色表示。支持人員軌跡和運維車輛軌跡定位功能。在地圖中點擊某個站點終端，可以查看該站點詳情信息，包括站點運行工況、監(jiān)測指標(biāo)、運維狀況、報警詳情、工藝圖、遠(yuǎn)程控制等。

2.4.4 數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)

通過對實際處理水量和處理水質(zhì)情況比對分析，實現(xiàn)對減排量的實時統(tǒng)計、水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)的分析統(tǒng)計，體現(xiàn)農(nóng)村污水治理工程的社會效益。

將各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比并通過各種方式展示（圖形或報表），進(jìn)行各種數(shù)據(jù)報表分析，如站點綜合數(shù)據(jù)、設(shè)備綜合數(shù)據(jù)、報警綜合統(tǒng)計、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、人員車輛統(tǒng)計、運維統(tǒng)計表、站點運行效率等，所有報表都可按日、周、月、年等方式統(tǒng)計匯總。

1）站點綜合統(tǒng)計表：通過各站點產(chǎn)水量、用電量、能耗比等參數(shù)統(tǒng)計各站點綜合指標(biāo)。

2）站點設(shè)備綜合統(tǒng)計表：通過各站點設(shè)備累計運行時間、故障時間等，對站點設(shè)備運行狀況進(jìn)行設(shè)備運行效率統(tǒng)計。

2.4.5 告警信息管理系統(tǒng)

當(dāng)污水處理廠（站）設(shè)備發(fā)生報警或監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，如提升泵故障、COD指標(biāo)異常等，系統(tǒng)自動產(chǎn)生告警消息，同時發(fā)送給負(fù)責(zé)該站點運維人員。運維人員可以通過移動客戶端接收告警工單，進(jìn)行處理；中控室管理員還可以接收突發(fā)性事件，如站點水淹、垃圾堆積等的報警并將報警信息發(fā)送給相關(guān)工程維護(hù)班組進(jìn)行處理。

2.4.6 事件預(yù)案管理系統(tǒng)

通過后臺數(shù)據(jù)中心，將報警信息直接發(fā)給相關(guān)片區(qū)主管及負(fù)責(zé)該站點的運維管理人員進(jìn)行處置。運維人員根據(jù)該事件的預(yù)案說明，進(jìn)行報警事件處理，做到事件不遺漏、處置規(guī)范化，提高運維效率。

2.4.7 數(shù)據(jù)上報系統(tǒng)

將全區(qū)域污水處理綜合指標(biāo)、設(shè)備運行狀況指標(biāo)、運維管理考核指標(biāo)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、重大報警事件等信息上報給上級主管部門。

2.4.8 生產(chǎn)運維管理系統(tǒng)

將生產(chǎn)運維及考核工作規(guī)范化、明確化，確保負(fù)責(zé)運維巡檢及考核的人員按時、準(zhǔn)確、完整、規(guī)范地提交相關(guān)內(nèi)容并能夠針對提交的內(nèi)容進(jìn)行自動統(tǒng)計與分析。

1）考勤管理：對站點巡檢維護(hù)人員考勤記錄（到達(dá)時間、停留時間、離開時間、每月巡查次數(shù)），巡維位置定位及巡維軌跡跟蹤管理。

2）巡檢計劃管理：事先設(shè)置自動制定巡檢計劃；也可以由管理人員手動下發(fā)臨時巡檢維護(hù)任務(wù)計劃。巡檢計劃包括計劃名稱、內(nèi)容、有效期及該計劃所作用的片區(qū)小組、計劃作用的站點等。

3）日常巡檢管理：按照一定的巡檢計劃，巡檢人員對終端運行的設(shè)備、環(huán)境狀況、出水狀況、水質(zhì)狀況等進(jìn)行整體排查?，F(xiàn)場巡檢時，對終端進(jìn)行維護(hù)操作，在手機(jī)APP提交現(xiàn)場照片和文字描述，具體進(jìn)行哪些操作，解決了什么問題等并提交至管理平臺。

4）工單管理：包括臨時工單處理、告警工單處理、工單執(zhí)行情況。對未處理工單、正在執(zhí)行的工單、已完成的工單進(jìn)行匯總統(tǒng)計，允許重新派發(fā)工單、撤銷工單等帶權(quán)限的工單操作。

5）工單告警：當(dāng)運維人員沒有按照工單要求或未規(guī)定時間內(nèi)完成事件的處理，系統(tǒng)會告警并將信息推送至責(zé)任人。

2.4.9 遠(yuǎn)程監(jiān)管及巡維系統(tǒng)APP

整個農(nóng)村污水監(jiān)測信息管理平臺用戶不僅可以通過Web瀏覽器來完成所有功能的使用，也支持APP訪問并采用最新的即時通信技術(shù)實現(xiàn)高效信息傳遞，以達(dá)到方便快捷的實時管理效果。通過手機(jī)客戶端實時查看現(xiàn)場檢測設(shè)備運行狀況及各項檢測指標(biāo)，管理人員不在現(xiàn)場就能夠隨時了解現(xiàn)場場景，運維人員巡檢各監(jiān)測站點設(shè)施時，可及時提交巡檢維護(hù)信息，各級管理人員方便查看各設(shè)施實時運行狀態(tài)，幫助實現(xiàn)隨時隨地可視化管理。移動端APP系統(tǒng)通常具有如下功能。

1）站點詳情及地圖導(dǎo)航：在手機(jī)端可展示全區(qū)域站點運行狀況（正常站點、報警站點、維護(hù)站點）及各站點運行工況和指標(biāo)詳情。

2）任務(wù)管理：系統(tǒng)的任務(wù)管理由中控組或運維經(jīng)理負(fù)責(zé)，對異常站點進(jìn)行任務(wù)派發(fā)、督辦，查看任務(wù)完成情況，保障站點正常運行并對所有任務(wù)工單的處理結(jié)果進(jìn)行審核確認(rèn)。

3）考勤簽到管理：系統(tǒng)設(shè)置考勤地點、范圍及考勤對象，根據(jù)考勤范圍分為內(nèi)勤與外勤，簽到后開始記錄人員及站點巡更軌跡。

4）消息及任務(wù)計劃提醒：巡檢員通過APP接收每天消息提醒及計劃任務(wù)等，根據(jù)相關(guān)任務(wù)進(jìn)行處理。

5）事件上報、任務(wù)統(tǒng)計、預(yù)案說明：巡檢員通過APP可以對現(xiàn)場無法處理的事件進(jìn)行上報，對已處理任務(wù)或未完成任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計，可以對每個報警預(yù)案處理說明進(jìn)行查詢。

3 結(jié)語

1）農(nóng)村污水處理智慧化系統(tǒng)能夠有效應(yīng)對農(nóng)村污水處理中遇到的站點較多、點位分散、監(jiān)控難度大、缺少專業(yè)運維人員等問題。

2）農(nóng)村污水處理智慧化系統(tǒng)不僅能夠有效提高污水處理設(shè)施的運行效率，保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，還能降低實現(xiàn)節(jié)能減排，降低運維管理成本。

3）農(nóng)村污水處理智慧化系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)，可以給周邊地區(qū)農(nóng)村污水治理的規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。

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