基于物联网的农村污水处理智能监控系统的设计与实现

贺磊

摘要：该文从农村污水处理入手，提出利用物联网技术对设施运行情况进行远程监控的思路，实现设施远程运行维护与监管；对污水处理工艺进行仿真能够更直观发现故障，保证设备的良好稳定运行；通过对水量、水质、能源消耗的智能分析，改进原有的工艺流程，实现了农村污水处理的智能化管理。

关键词： 物联网；污水处理工艺；SOA；大数据

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）26-0236-02

Abstract：This paper starts from the rural sewage treatment， proposed the use of networking technology for remote monitoring of the operation of facilities maintenance and operation way to realize remote supervision； the sewage treatment process simulation can be more intuitive to find fault， ensure the stable operation of the equipment； through the analysis of the intelligent water quality， energy consumption， process improvement original. The intelligent management of rural sewage treatment is realized.

Key words：Internet of things； Wastewater treatment process intelligent monitoring； SOA； Big data

1 概述

隨着建设社会主义新农村步伐的加快，农村水污染治理及水环境综合整治已成为新农村建设的重要部分[1]。生活污水是首要污染源，会造成江河湖泊、地下水等水体环境受到污染。有效地治理农村污水，不仅改善水体环境、又能缓解农业用水紧张形势。因此急需农村污水处理工艺的系统化研究，提出适合我国现状的农村污水处理系统解决方案。利用物联网与大数据技术，结合农村污水处理工艺，设计并研发一套农村污水处理智能监控系统，能够很好地解决当前农村污水处理的诸多问题 [2]。

2 系统设计与实现

基于物联网的农村污水处理智能监控系统通过对具体的业务流程进行系统的分析，提出以设备的远程运维为主，数据分析、视频监控等功能加以补充和主要满足用户场景的应用、数据的时效性的设计思路。

基于物联网的农村污水处理智能监控系统的技术架构主要采用分层模块化的SOA分布式系统架构模式。系统架构图如图1所示。

农村污水处理工艺分为两大主体部分，工艺的基础设施与污水处理设备。具体的污水处理工艺流程，通过收集、处理、检测、排放几个流程模块组成，污水处理工艺流程如图2所示。

2.1 远程运维

污水处理设施主要由传感器、变频器、电机、风机、电磁阀、基础设施等设备组成。安装位置大多在野外较偏远区域，区域跨度比较大，设备基本处于无人值守、自动运行的模式，污水设备的运维难度比较大，因此远程运维非常关键。

2.1.1 故障告警

设备在运行中发生故障时，通过GPRS通信网络将故障信息上传到上位机监控平台，平台进行推送消息告警。通过对告警信息的数据诊断、判定故障，及时排除设备故障恢复运行。

2.1.2 数据采集

采集设备的运行数据，如水位、水压、瞬时电流、电压、电量等数据；采集污水的处理过程的数据，如排水量、水质检测值等数据；将采集的数据通过GPRS通信装置上传到本系统平台。

2.1.3 远程控制

通过监控平台对各个污水处理装置实现远程的启动与停止、故障的监测。远程设定设备的运行模式，自动与手动模式的切换。

2.2 工艺仿真

每个处理现场污水处理工艺不同，因此通过采集的实时数据以动画形式展现，虚拟仿真污水处理工艺。如用图形显示水池水位缓慢升高，伴随着水位的升高浮球浮起，排水泵叶轮开始转动，排水口喷出水；电磁阀开启后，风机叶轮转动水中加氧气泡排除；如发生故障时，故障设备发出闪烁的红色警示标识。整个污水处理流程通过实时数据驱动工艺流程仿真，污水处理工艺仿真如图3所示。

2.3 区域点位

通过GIS进行标注点位，通过使用不同颜色表示每个处理工艺的状态，是否存在设备告警、是否停止。在区域点位上可以查看工艺仿真，进行设备的控制；自动/手动模式的切换。还可以查看每个工艺的告警列表。

2.4 视频监控

污水处理工艺基本都处于农田偏远的地方，通过视频监控查看设备的状况。如果过没有有线网络的情况下，可以采用3G模块进行按时间间隔进行抓拍。并设定视频移动告警的区域范围。

2.5 数据分析

主要针对设备的运行状态、水质、能源、故障原因等进行统计分析，瞬时电流、电压的趋势分析。通过大数据Hadoop技术对采集的海量数据进行保存、数据加工挖掘。

2.5.1 水质分析

处理过的污水要经过水质检测合格后才可以排放，因此对水质的检测是一个非常重要的环节。本系统保留所有时间点的水质采样数据。检测水质指标主要有COD（mg/l）、SOD（mg/l）、SS（mg/l）、NH3N（mg/l）、TN（mg/l）、TP（mg/l）等。

2.5.2 能源报表endprint

能源报表主要从设备损耗、电费、水费、运维等进行总体统计。统计的结果与最终产出的价值进行对比。不断的持续改进工艺流程，降低能源消耗，提高污水处理设备的效率，降低运维成本。

2.5.3 故障统计

对设备在运行发生的故障进行多维度的故障分析、故障推断。按照时间、区域、设备零部件的故障统计分析。创建故障检测模型，诊断故障的发生原因，方便用户恢复设备运转。也有利于设备的改进与远程的运维。

2.6 数据传输

采集装置主要分为瞬时电流、瞬时电压、水位传感器、水质检测装置、电磁阀等。各个传感器的数据通过基板收集，集中发送到上位机。

传感器与采集基板用串口通信方式传输数据；下位机与上位机传输数据采用GPRS模块通信。传感器与采集基板的通信协议采用Modbus协议。

3 实际运行效果

基于物联网的农村污水处理智能监控系统开发完成后稳定地运行于用户现场，达到预期的效果。界面展示如图4所示。

实现了数据采集、数据传输和应用层逻辑分析，实现对设备进归类建模、编号、设备识别及信息采集与反馈等功能。

能够对污水处理设备的远程运维，故障自动报警、污水处理工艺仿真、更直观发现故障，保证设备的良好稳定运行。

实现了出水量、水质、能源消耗的智能分析，改进原有的工艺流程。实现了农村污水处理的智能化管理。

4 结束语

本系统从农村污水处理入手，提出利用物联网技术对设施运行情况进行远程监视的思路，实现设施远程运行维护与监管[3]；对污水处理工艺进行仿真能够更直观发现故障，保证设备的良好稳定运行；通过对水量、水质、能源消耗的智能分析，改进原有的工艺流程，实现了农村污水处理的智能化管理。

参考文献：

[1] 趙雪莲， 张煜， 赵旭东，等. 北京市新农村污水处理技术现状及存在问题[J]. 北京水务， 2010（1）：38-40.

[2] 包向明. 农村生活污水处理浅析[J]. 建材发展导向， 2016， 14（10）：314-315.

[3] 耿嘉伟， 谭学军， 朱仕坤，等. 农村分散污水处理设施远程监控与信息管理系统设计[J].中国给水排水，2015（2）：70-72.endprint