农村生活污水处理设备远程监控系统设计与实现_金兴伟.pdf

农村生活污水处理设备远程监控系统设计与实现金兴伟，石存秀，王典(湖北工业职业技术学院 机电工程学院，湖北 十堰 442000)摘要:根据农村生活污水处理工艺，设计了基于自动化技术和物联网技术相融合的远程控制系统，实现了污水处理设备的远程控制、监测和维护，有效解决了农村生活污水治理运行管理效率低、运行维护成本高的问题，为农村生活污水控制和监管研究提供了参考。关键词:农村生活污水处理;自动控制;物联网;远程监控中图分类号:X703;TP23文献标识码:A文章编号:2095-8153(2023)01-0077-03收稿日期:2023-01-15基金项目:2022 年湖北工业职业技术学院科研项目“乡村振兴背景下农村生活污水处理设备远程控制系统设计”(2022KY06)。作者简介:金兴伟(1982)，男，湖北工业职业技术学院机电工程学院副教授，研究方向:机电控制;石存秀(1981)，女，湖北工业职业技术学院机电工程学院讲师，研究方向:机械创新设计;王典(1983)，男，湖北工业职业技术学院机电工程学院助教，研究方向:机电控制。农村生活污水治理是实施乡村振兴战略规划的重要任务，也是农村人居环境整治和农业农村污染治理的重要内容。“十三五”以来，国家相关部门陆续制定出台了一系列农村生活污水治理的政策标准、规范指南及技术手册，从标准制定、规划编制、技术支撑等方面快速推进农村生活污水治理工作1。十堰地区作为南水北调核心水源区，各个村庄都建起了成套标准化的一体化污水处理站，在农村生活污水处理方面也取得了显著成效。然而，污水治理工作不仅是兴建污水处理设施，还要着力提高已建设施的运行管理水平和设备运行效率。目前农村生活污水治理方面还存在以下痛点:第一，污水处理站点数量多、区域面积大、位置分散，不便于管理员进行快速有效的监控管理。而传统方式采用人工现场点检、人脑记忆和纸质录入的方式进行监管和巡查，耗费时间较长、人力成本高、效率低下2。第二，设备出现故障时，不能主动报警，不能及时监测设备运行状况，自动化程度不高，无法有效配置设备资源，使得设备维护巡检不及时、不到位，导致一些站点设备出现间歇运行现象。尤其在偏远山区，设施停运现象则更为普遍。这对农村污水治理效果造成了很大影响。第三，农村地区缺乏运营和维护技术人员，使得运维成本居高不下，重建设轻运营现象普遍存在3。结合农村生活污水处理工艺，采用自动化技术和物联网技术相融合的远程控制系统，可有效解决农村污水治理过程中痛点问题。1农村生活污水处理工艺流程及设备组成11 工艺流程农村生活污水主要包括厕所用水、厨房用水、洗涤用水、洗澡用水等，通过图 1 流程进行收集和处理4。图 1生活污水处理工艺流程12 设备组成一体化污水处理系统主要包括动力设备和监控772023 年 2 月湖北工业职业技术学院学报Feb，2023第 36 卷第 1 期Journal of Hubei Industrial PolytechnicVol36 No1设备两大类，其中动力设备有调节池提升泵、加药计量泵、配水池提升泵和排泥泵;监控设备有可编程控制器(PLC)、触摸屏、边缘计算网关、调节池高低液位传感器开关和配水池高低液位传感器开关。2系统整体设计21 整体架构该农村生活污水处理设备远程监控系统整体架构如图 2 所示。现场污水处理设备由 PLC 进行控制与信号采集，PLC 通过交换机和触摸屏连接。触摸屏作为上位机对 PLC 进行监控，可通过触摸屏发出控制指令，同时也可以对 PLC 采集的现场信号进行显示和报警处理。交换机通过网线和 EG20 边缘计算网关连接。即使在偏远的山区，插有 2G 或4G 流量卡的 EG20 网关也可将现场设备数据通过EMCP 物联网云平台在联网的显示终端进行展示，实现远程监测;反之，联网的显示终端也可通过EG20 网关同现场的触摸屏和 PLC 联网，实现对现场设备的远程控制。图 2系统整体架构22 动力设备电气控制主电路4 现场动力设备电气控制主电路如图 3 所示。图 3动力设备电气控制主电路23 PLC 控制系统设计5 根据生活污水处理工艺流程和控制要求，PLC控制顺序功能图如图 4 所示。图 4PLC 控制顺序功能图24 基于 EG20 边缘计算网关的远程控制实现EG20 边缘计算网关是用于 EMCP 物联网云平台连接现场设备所用的网关，支持 4G/2G 网络，且搭载了高性能工业级处理器，具有高性价比，小尺寸，强适应性的特点。作为“设备管家”的 EG20，可以实现对现场设备的高速数据采集，实时监控设备状态，及时报警，并支持断点续传、快速部署等应用，配合 EMCP 物联网云平台的云组态、大数据运营中心，移动端监控报警，数据分析等专业功能，帮助用户快速实现物联网构建和应用6。(1)远程下载 MCGS 触摸屏监控画面的实现第一步，将 EG20 网关连接到 EMCP 物联网云平台。第二步，通过电脑终端上安装的蓝蜂虚拟网络工具进行通讯配置，配置网关 IP 地址，配置远端MCGS 触摸屏 IP 地址，自动生成本地虚拟网卡 IP地址，创建连接，成功连接，至此本地电脑和远端现场触摸屏连接成功。此步需要注意网关 IP、触摸屏IP、虚拟网卡 IP 在同一网段。第三步，在电脑端将组态好的监控界面下载到污水处理现场的触摸屏，打开模拟运行可以通过电脑端远程操作触摸屏对现场设备进行控制，同时也可以对现场采集的信号进行监测和报警处理。具体上位机触摸屏监控画面如图 5 所示。图 5上位机触摸屏监控画面(2)远程下载 PLC 程序及远程 PLC 调试当污水处理系统功能需要更改时，可修改 PLC87金兴伟，石存秀，等:农村生活污水处理设备远程监控系统设计与实现程序进行远程下载。当现场设备出现故障需要维护时，工作人员可对设备进行远程调试和维护。具体实现过程同触摸屏远程连接步骤类似，不再赘述。电脑终端和远端 PLC 连接成功后即可通过PLC 编程软件对设备现场 PLC 实现远程程序下载和调试工作。3远程监控系统功能31 远程监控与报警当现场下位设备连接网关后，可通过电脑或手机，远程观看其工作状态以及有无异常情况发生，并对设备进行启停或主动维护等操作。同时，系统还能监测污水处理排放质量，对排放水质设定上限值，排放一旦超标，平台会第一时间通过多种渠道(微信消息、APP 消息、短信、电话语音、网页消息)通知工作人员，能最大限度地保证设备安全稳定运行6。32 远程调试与上下载有些设备状态，尽管通过人工检修可以发现，但是设备分散，分布广，大多采取地埋式，维修起来费时费力。通过连接网关就能实现设备的远程调试和程序上下载，由此能解决设备维护难的问题，还能节省大量的人力物力，提高工作效率和质量。33 数据分析与展示数据采集存储以后能进行汇总大屏展示，在采集信息的同时，会对信息进行初步的整理和分析，以报表、柱状图、饼图、折线图等各种图形显示项目整体运行情况7。4结语采用自动化技术和物联网技术相融合的远程监控系统将原有的设备控制和后期运行的监管联系在了一起，可以有效解决农村生活污水治理中的监管效率低、维护巡检不及时、运维成本高的问题。在现有农村生活污水处理站的基础上，通过网关将设备接入物联网云平台即可实现污水处理的升级改造。随着国家乡村振兴战略的实施，农村生活污水治理远程监控系统将有着广泛的应用前景。参考文献 1 崔艳智，袁溪，于奇，等推动农村生活污水处理设施长效运维 J 环境经济，2021(23):58-61 2 郭瑛基于农村污水处理技术运营智能化管理模式研究 J 环境科学与管理，2021(9):98-101 3郑骥，李清，吴奎，等农村污水治理终端设施数字化智能运营系统应用 J 建筑科技，2021(4):107-111 4金兴伟，许明涛 农村生活污水一体化处理设备控制系统设计与制作 J 南方农机，2019(21):82 5 金兴伟，石存秀，汤秀红基于 PLC 控制的一体化污水处理设备控制系统改造设计J 湖北工业职业技术学院学报，2020(4):79-91 6 河北蓝蜂信息科技有限公司EG 边缘计算网关介绍ht-tps:/wwwlanfengkejicom 7 贺磊基于物联网的农村污水处理智能监控系统的设计与实现 J，电脑知识与技术，2017(9):236-237Design and Implementation of emote Monitoring Systemfor ural Domestic Sewage Treatment EquipmentJIN Xing-wei，SHI Cun-xiu，WANG Dian(School of Medical and Electrical Engineering，Hubei Industrial Polytechnic，Shiyan 442000，China)Abstract:According to the rural domestic sewage treatment process，a remote control system based on automation technology andIoT technology is designed to realize the remote control，monitoring and maintenance of sewage treatment equipment It effectivelysolves the problems of low efficiency and high cost of operation and maintenance of rural domestic sewage treatment It provides a ref-erence for the research of rural domestic sewage control and supervisionKey words:rural domestic sewage treatment;automatic control;IoT;remote monitoring97湖北工业职业技术学院学报2023 年第 1 期第 36 卷第 1 期