农村污水处理站的边缘计算网关物联网解决方案

一、项目背景

某地农村人居环境整治项目覆盖多个乡镇，共部署多套分散式生活污水处理设施，对各村生活污水进行集中收集与处理。由于站点分布广、位置偏远、交通不便，传统的人工巡检模式面临运维成本高、故障响应慢、数据采集滞后等突出问题，设施运营质量难以稳定达标。

为此，项目要求建设统一的物联网监控平台，实现以下目标：

各污水处理站PLC、水质监测仪、流量计、水泵风机等设备远程监控与集中管理

进水流量、出水COD/氨氮/总磷等水质参数、设备运行电流/电压、能耗等数据实时采集

设备故障或水质超标时自动告警，手机端与电脑端同步通知

通过边缘计算实现数据本地预处理与联动控制，确保断网时核心工艺不受影响

生成设施运行日报/周报，为运维调度与工艺优化提供数据支撑

二、方案解析

经过调研，物通博联（WideIOT）提供基于工业边缘计算网关的物联网解决方案，系统架构分为设备层、网关层、平台层三个层级：

1. 设备层

各污水处理站现场设备主要包括：

控制系统：西门子PLC（控制提升泵、风机、加药泵、电动阀等设备）

水质监测仪表：COD、氨氮、pH、溶解氧（DO）、浊度等在线传感器，采用光学法和电化学法，具备免试剂、免维护、响应快等特点，特别适合户外远距离监测场景

计量仪表：电磁流量计、液位计、智能电表（DLT645协议）

辅助设备：格栅机、曝气风机、污泥回流泵等

2. 网关层

物通博联分别在各污水处理站部署WG583系列工业边缘计算网关，该网关具备以下核心能力：

丰富接口：配备3个以太网口和2个RS485/RS232串口，通过网口接入西门子PLC，通过RS485串口接入水质监测仪、流量计、智能电表等设备，实现一对多数据采集

协议兼容：内置Modbus RTU/TCP、DLT645、OPC UA等水务环保专用协议，无缝对接不同品牌PLC及各类仪表，解决设备协议异构难题

多网互联：支持5G RedCap/4G/WiFi/以太网等多种上网方式，鉴于农村站点有线网络覆盖不足，采用4G无线方式将数据上传至云平台；支持多网互备与断点续传，网络波动时自动切换链路，断网期间缓存数据，恢复后自动补传

边缘计算：内置轻量化边缘计算引擎，支持数据清洗、过滤、公式运算及本地联动控制，可在网关终端完成数据预处理，仅上传有效数据至云端，降低平台负荷；同时支持在断网场景下执行本地逻辑（如液位联动水泵启停），确保核心工艺不中断

工业级设计：适应-20℃~70℃宽温及潮湿、粉尘等恶劣环境，满足户外机柜部署条件

3. 平台层

部署于云端的农污管理平台接收并解析网关上传的MQTT数据，实现以下核心功能：

组态监控：以工艺流程图形式展示各站点运行状态，包括设备启停、进出水流量、溶解氧浓度、pH值等实时参数

智能告警：当设备运行参数或水质指标超出阈值时，系统通过短信、微信、邮件等方式自动推送告警信息，实现“线上预警+线下巡护”闭环管理

远程控制：管理人员可通过平台远程启停设备、调整工艺参数，减少现场维护频次

报表统计：自动生成设备运行日报、能耗报表、水质达标率分析等，为运维决策提供数据支撑

三、功能效益

快速部署，不改动原有设备：WG583网关具备多协议接入能力，可无缝对接西门子、三菱等主流PLC及各类水质监测仪表，无需更换原有设备、无需停机，即可快速完成现场部署，大幅缩短项目实施周期。

边缘计算，保障断网安全：网关内置边缘计算引擎，支持数据本地清洗与联动控制。当网络中断时，网关仍可依据预设规则（如液位超限自动启停水泵）维持现场设备正常运行，有效保障农村偏远站点在网络不稳定条件下的工艺安全与出水达标。

集中监控，全面掌握设施状态：管理平台对各站点实现组态监控与集中管理，管理人员可实时查看进水量、设备运行电流、风机启停状态、溶解氧浓度、出水COD及氨氮等关键参数，设备出现故障自动告警，大幅降低人工巡检频次与运维成本。

能耗监测，支撑降本增效：通过智能电表数据采集，平台可实现各站点能耗可视化监测与报表管理，生成日/周/月能耗报告，帮助运维团队识别高耗能设备与工艺环节，优化曝气、加药等控制策略，实现节能降耗。

数据驱动，优化运维决策：综合设备运行数据、水质数据与能耗数据，可计算各站点综合能耗、单位处理成本、出水达标率、设备完好率等指标，为管理人员制定巡检计划、设备更新方案及工艺优化措施提供科学依据，实现从“经验治水”到“智能管水”的转型。

审核编辑 黄宇