一、應(yīng)用背景

隨著環(huán)保政策趨嚴(yán)、污水處理規(guī)模擴大，傳統(tǒng)污水處理廠及分散式處理站點(農(nóng)村污水處理站、工業(yè)廢水處理點)普遍面臨運維效率低、人力成本高、管控不及時、數(shù)據(jù)滯后等核心痛點，具體表現(xiàn)為：

- 站點分散(尤其農(nóng)村地區(qū))，人工巡檢成本高、響應(yīng)慢，夜間突發(fā)故障無法及時處置，易導(dǎo)致出水超標(biāo);

- 工藝參數(shù)(如溶解氧、藥劑投加量)依賴人工經(jīng)驗調(diào)控，能耗高且出水水質(zhì)穩(wěn)定性差;

- 設(shè)備運行狀態(tài)無法實時監(jiān)測，故障診斷滯后，易造成設(shè)備損壞、處理流程中斷;

- 數(shù)據(jù)孤島嚴(yán)重，各站點運行數(shù)據(jù)無法集中分析，缺乏科學(xué)決策依據(jù)，且難以滿足環(huán)保部門數(shù)據(jù)上報要求;

- 專業(yè)運維人才短缺，偏遠站點設(shè)備故障修復(fù)周期長，影響處理效果。

污水處理遠程控制系統(tǒng)解決方案，依托物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、邊緣計算、云計算、智能傳感等技術(shù)，構(gòu)建端-邊-云-機一體化遠程管控體系，實現(xiàn)污水處理全流程可視化、自動化、智能化管控，破解傳統(tǒng)運維痛點，兼顧處理效果、節(jié)能降耗與合規(guī)管理。推動多系統(tǒng)融合(如與智慧水務(wù)平臺、環(huán)保監(jiān)管平臺深度對接)，打造全方位、全鏈條的污水處理智能化管理體系，助力污水處理行業(yè)向少人化、低碳化、精細(xì)化方向持續(xù)發(fā)展。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用感知層-傳輸層-計算層-云端平臺層-應(yīng)用層四層架構(gòu)設(shè)計，各層獨立運行、無縫協(xié)同，確保數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)、傳輸穩(wěn)定、管控高效，整體架構(gòu)如下：

1、感知層(終端采集端)

感知層作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集源頭，部署于污水處理各工藝環(huán)節(jié)(格柵、調(diào)節(jié)池、曝氣池、沉淀池、消毒池、污泥處理區(qū))，負(fù)責(zé)采集水質(zhì)參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等各類數(shù)據(jù)，為遠程管控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2、傳輸層(數(shù)據(jù)傳輸通道)

傳輸層負(fù)責(zé)將感知層采集的各類數(shù)據(jù)安全、快速傳輸至邊緣計算層及云端平臺，兼顧有線與無線傳輸方式，適配不同場景的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3、邊緣計算層(本地處理端)

邊緣計算層部署于現(xiàn)場控制箱或本地服務(wù)器，核心作用是實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地預(yù)處理、本地聯(lián)動控制，降低云端平臺負(fù)載，避免網(wǎng)絡(luò)中斷時影響核心工藝運行。

4、云端平臺層(核心管控端)

云端平臺層是系統(tǒng)的核心大腦，部署于云端服務(wù)器，采用分布式架構(gòu)設(shè)計，具備高穩(wěn)定性、高擴展性，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲、分析、管控指令下發(fā)，核心功能包括數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、操作記錄、可視化管理、權(quán)限管理等功能。

系統(tǒng)提供面向不同用戶群體(管理人員、運維人員、監(jiān)管人員)，提供多終端訪問方式，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、操作、管理。

三、核心功能

1、全流程實時監(jiān)測

實現(xiàn)污水處理全工藝環(huán)節(jié)的實時數(shù)據(jù)采集與可視化展示，覆蓋水質(zhì)、設(shè)備、環(huán)境三大類數(shù)據(jù)，核心特點：

- 水質(zhì)監(jiān)測：實時監(jiān)測進出水及各工藝段(調(diào)節(jié)池、曝氣池、沉淀池等)的pH、COD、氨氮、總磷、總氮、溶解氧、濁度等參數(shù)，數(shù)據(jù)更新頻率可自定義(1-60秒)，支持歷史趨勢曲線查詢、數(shù)據(jù)對比分析;

- 設(shè)備監(jiān)測：實時監(jiān)測水泵、鼓風(fēng)機、加藥泵、脫水機等核心設(shè)備的運行狀態(tài)(啟停、故障、待機)、運行參數(shù)(電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速)，以及設(shè)備健康狀態(tài)(振動、溫度)，直觀展示設(shè)備運行負(fù)荷;

- 環(huán)境與輔助監(jiān)測：實時監(jiān)測池體液位、水流流量、雨量、現(xiàn)場溫濕度，以及廠區(qū)周界安全，視頻畫面與工藝數(shù)據(jù)聯(lián)動顯示。

2、遠程控制與智能調(diào)控

支持遠程操作與智能自動調(diào)控結(jié)合，既滿足人工干預(yù)需求，又實現(xiàn)工藝優(yōu)化與節(jié)能降耗：

- 遠程手動控制：管理人員通過PC端、APP，在授權(quán)范圍內(nèi)遠程啟停水泵、鼓風(fēng)機、加藥泵等設(shè)備，調(diào)節(jié)電動閥門開度、變頻器頻率、藥劑投加量等工藝參數(shù)，支持多重確認(rèn)機制，防止誤操作;

- 智能自動調(diào)控：基于AI算法與工藝模型，結(jié)合實時水質(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)，自動優(yōu)化工藝參數(shù)，如根據(jù)進水流量、DO傳感器反饋動態(tài)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機頻率(模糊PID算法)，根據(jù)COD、氨氮濃度自動調(diào)節(jié)藥劑投加量，確保出水穩(wěn)定達標(biāo)，同時降低能耗與藥耗，綜合節(jié)能率達20%~30%;

- 模式切換：支持遠程切換設(shè)備運行模式(自動/手動)，現(xiàn)場故障或特殊需求時，可切換為手動模式，人工干預(yù)調(diào)控。

3、智能報警與應(yīng)急處置

建立全場景、多級別的報警機制，確保異常情況及時發(fā)現(xiàn)、快速處置，減少損失：

- 多類型報警：涵蓋水質(zhì)超標(biāo)報警(如COD超標(biāo))、設(shè)備故障報警(如水泵過載)、參數(shù)異常報警(如液位過高/過低)、通訊中斷報警、人員違規(guī)報警(如闖入禁區(qū))等;

- 多級報警分級：根據(jù)異常嚴(yán)重程度分為緊急報警(如出水超標(biāo))、重要報警(如設(shè)備故障)、一般報警(如參數(shù)輕微波動)、提示報警(如巡檢提醒)，不同級別報警對應(yīng)不同處置流程;

- 多渠道報警推送：報警信息同時通過APP推送、短信通知、大屏聲光報警、PC端彈窗提示等方式推送，確保管理人員第一時間收到消息，可設(shè)置報警接收人員與接收時段;

- 應(yīng)急處置聯(lián)動：預(yù)設(shè)應(yīng)急處置邏輯，如水質(zhì)超標(biāo)時，自動啟動應(yīng)急加藥流程、切換備用設(shè)備，同時推送應(yīng)急處置指引，管理人員可遠程下發(fā)應(yīng)急指令，縮短處置時間。

4、數(shù)據(jù)分析與報表管理

通過大數(shù)據(jù)分析，為工藝優(yōu)化、運營管理提供科學(xué)決策依據(jù)，同時滿足合規(guī)上報需求：

- 多維度數(shù)據(jù)分析：包括水質(zhì)趨勢分析(日/周/月/年)、設(shè)備運行效率分析、能耗藥耗分析、故障統(tǒng)計分析，自動挖掘潛在問題(如能耗異常偏高、設(shè)備頻繁故障)，生成優(yōu)化建議;

- 自動報表生成：支持生成水質(zhì)報表、設(shè)備運行報表、能耗報表、報警報表、巡檢報表等，報表格式可自定義，支持導(dǎo)出(Excel、PDF)、打印，無需人工統(tǒng)計;

- 數(shù)據(jù)追溯：所有歷史數(shù)據(jù)、操作記錄、報警記錄均可追溯，便于事故排查、責(zé)任認(rèn)定，同時滿足環(huán)保部門的檢查要求。

5、設(shè)備全生命周期運維

實現(xiàn)設(shè)備從采購、安裝、調(diào)試到維護、報廢的全流程管理，延長設(shè)備使用壽命，降低運維成本：

- 設(shè)備檔案管理：建立設(shè)備電子檔案，記錄設(shè)備型號、安裝時間、維護記錄、備件信息等，便于查詢與管理;

- 智能巡檢管理：可靈活配置巡檢計劃和任務(wù)，實現(xiàn)從任務(wù)派發(fā)到執(zhí)行監(jiān)控的全流程管理，巡檢人員可接收任務(wù)指令、實時上報異常情況，管理人員在線審核巡檢質(zhì)量;

- 預(yù)測性維護：基于邊緣計算算法分析設(shè)備運行數(shù)據(jù)(振動、溫度)，預(yù)測設(shè)備故障隱患，如2#泵預(yù)計7天后需更換機械密封，提前推送維護提醒，避免設(shè)備突發(fā)故障;

- 備件管理：記錄備件庫存、領(lǐng)用情況，當(dāng)備件庫存低于閾值時，自動推送補貨提醒，確保運維工作順利開展。

6、權(quán)限管理與數(shù)據(jù)安全

保障系統(tǒng)運行安全與數(shù)據(jù)安全，防止未經(jīng)授權(quán)的操作與數(shù)據(jù)泄露：

- 分級權(quán)限管理：根據(jù)用戶角色(管理員、工程師、巡檢員、監(jiān)管人員)分配不同的操作權(quán)限，如管理員擁有全權(quán)限，巡檢員僅擁有數(shù)據(jù)查看、巡檢上報權(quán)限，防止誤操作與越權(quán)操作;

- 數(shù)據(jù)加密：數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲全過程采用SSL/TLS加密技術(shù)，防止數(shù)據(jù)篡改、泄露;

- 操作日志：記錄所有用戶的操作記錄(如參數(shù)修改、設(shè)備啟停)，便于追溯與審計;

- 系統(tǒng)防護：具備防火墻、病毒防護、入侵檢測功能，防止網(wǎng)絡(luò)攻擊，保障云端平臺與現(xiàn)場設(shè)備的穩(wěn)定運行。

四、典型應(yīng)用案例

案例1：農(nóng)村分散式污水處理站點遠程管控項目

某省農(nóng)村供水與污水處理項目，涉及120個農(nóng)村分散式污水處理站點，站點分布廣、規(guī)模小，傳統(tǒng)運維依賴人工巡檢，成本高、響應(yīng)慢。

采用PLC+GRM240遠程模塊(4G)組網(wǎng)，部署水質(zhì)傳感器(pH、COD、氨氮)與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備，構(gòu)建云端管控平臺與移動APP，實現(xiàn)多站點集中管控。

減少80%現(xiàn)場巡檢人力，故障響應(yīng)時間≤15分鐘，出水水質(zhì)達標(biāo)率從92%提升至99%，運維成本降低40%以上，實現(xiàn)農(nóng)村污水處理站點的高效、低成本運維。

案例2：5萬噸/日市政污水處理廠智能化升級項目

某市政污水處理廠，日處理污水5萬噸，原有系統(tǒng)采用本地控制，工藝參數(shù)依賴人工調(diào)控，能耗高，出水水質(zhì)波動較大。

部署全流程感知設(shè)備，采用光纖+4G雙模傳輸，引入邊緣計算層(GRM550模塊)與AI智能調(diào)控算法，升級云端管控平臺，實現(xiàn)工藝全流程遠程智能管控。

曝氣系統(tǒng)優(yōu)化后年節(jié)電約120萬元，藥劑投加量減少25%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標(biāo)，設(shè)備故障發(fā)生率降低30%，實現(xiàn)節(jié)能降耗與精細(xì)化運營。

案例3：化工廠廢水處理遠程控制系統(tǒng)項目

某石化廢水處理站，涉及3條污泥處理線，需處理高濃度工業(yè)廢水，同時監(jiān)測臭氣濃度，傳統(tǒng)運維人力投入大，除臭效果不穩(wěn)定。

部署防爆型控制柜(IP65)、臭氣傳感器(H?S、NH?)、AI視頻監(jiān)控，采用GRM550遠程模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，構(gòu)建遠程管控平臺，聯(lián)動除臭系統(tǒng)與廢水處理系統(tǒng)。

周界臭氣濃度從350mg/m3降至100mg/m3，符合GB14554-93標(biāo)準(zhǔn)，運維人力減少60%，故障響應(yīng)時間縮短至10分鐘，實現(xiàn)工業(yè)廢水處理的安全、高效管控。

五、系統(tǒng)優(yōu)勢

1、降本增效，大幅減少人力投入

實現(xiàn)污水處理設(shè)施無人值守、遠程管控，減少80%以上現(xiàn)場巡檢人力，故障響應(yīng)時間縮短至15分鐘以內(nèi)，運維人員可通過手機APP遠程處置大部分故障，大幅降低人力成本與運維成本;同時，智能調(diào)控工藝參數(shù)，降低能耗與藥耗，綜合節(jié)能率達20%~30%。

2、水質(zhì)穩(wěn)定，滿足合規(guī)要求

通過24小時實時監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)，結(jié)合AI智能調(diào)控算法，自動優(yōu)化工藝參數(shù)，避免人工經(jīng)驗調(diào)控的誤差，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達標(biāo);自動生成各類報表，支持與環(huán)保部門監(jiān)管平臺無縫對接，輕松滿足合規(guī)上報需求，避免環(huán)保處罰。

3、安全可靠，適配復(fù)雜現(xiàn)場環(huán)境

核心硬件采用工業(yè)級設(shè)計，防護等級達IP68，適應(yīng)-40℃~75℃寬溫、高濕度、強腐蝕的現(xiàn)場環(huán)境;具備斷線續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、權(quán)限分級管理功能，確保系統(tǒng)運行安全、數(shù)據(jù)安全，網(wǎng)絡(luò)中斷時不影響現(xiàn)場核心工藝運行。

4、靈活擴展，適配多場景應(yīng)用

系統(tǒng)兼容不同規(guī)模、不同工藝的污水處理設(shè)施(市政污水廠、農(nóng)村分散站點、工業(yè)廢水處理線)，支持多品牌PLC、傳感器接入;模塊化設(shè)計，后續(xù)可根據(jù)用戶需求，靈活擴展監(jiān)測點、新增功能(如數(shù)字孿生、AI預(yù)測性維護)，無需大規(guī)模改造系統(tǒng)。

5、數(shù)據(jù)驅(qū)動，優(yōu)化運營決策

通過大數(shù)據(jù)分析，挖掘水質(zhì)、能耗、設(shè)備運行等數(shù)據(jù)的潛在價值，為工藝優(yōu)化、設(shè)備維護、運營管理提供科學(xué)決策依據(jù)，幫助用戶實現(xiàn)精細(xì)化運營，提升污水處理效率與管理水平。