基于uni-app 的掌上污水处理系统的研究与应用

付 兴，杜树新

（湖州师范学院，浙江 湖州 313000）

0 引 言

近年来，随着地区经济和社会发展越来越快，工业化和现代化进程也更加迅速，但是同时也带来了许多环境问题，促使大量污水处理厂被不断建设，包括生产污水处理厂和生活污水处理厂等。据资料显示，截至2020 年，全国仅城市污水处理厂的数量已达到2 618 座[1]。污水处理站点不仅数量繁多，而且建设极为分散，造成了污水处理的信息不同步、不及时、决策难、高度依赖劳动力、运营效率和管理效率低下等问题。

随着移动端技术和互联网的发展，通过将污水处理与互联网相结合，使污水处理过程信息化、智能化的方式越来越受青睐，成为实现污水处理智能化运行的热点方式之一[2]。如中国市政工程华北设计研究总院研究了基于Internet 网络平台对污水处理厂工艺生产数据的采集、污水处理运行的生产监控，解决了污水处理过程中各环节信息获取延迟、厂站运营和管理流程复杂等问题[3]。虽然这在一定程度上实现了对污水处理的信息化，但PC 端操作地点的局限性、数据的滞后性也成为急需解决的问题。Baumann 等[4]研究开发了监测供水系统氟化物浓度的APP，实现了在手机上随时随地对供水系统中的氟化物浓度进行监测。

对污水处理流程进行实时观测尤为重要，对于一些关键设备在发现问题时也需要进行及时的控制，以确保设备在安全的情况下运行，提高对厂站和人员的安全性保障。实现移动端的污水处理系统可以有效地解决这些问题，可以让操作人员在网络连接良好的环境中随时随地对工厂污水数据进行观测和分析，实时地掌握污水处理进度，对污水处理过程进行全面掌控[5]。由于现在手机已经成为每个人随身携带的电子产品，所以相比于PC 端平台，移动端具有能够随时随地进行监测的优势。基于此，本文采用uni-app 技术，结合云服务器、工业控制、后端开发等技术，设计出一套完整实用的掌上污水处理厂系统，实现对厂区污水处理的全方位、多角度、跨区域的管理。

1 总体方案

1.1 典型污水处理工艺

典型的污水处理工艺主要包括预处理、物理处理、生化处理、深度加工和其他工艺过程[6]。

预处理过程主要是通过格栅和沉砂池等去除和过滤污水中的石块和砂石等，为处理污水做预先准备。物理处理主要是通过物理方式，将工业和生活污水中的不溶性悬浮污染物从水中分离出来。生化处理主要是使用AO 法[7]这一工艺处理污水，可有效清除污水有机污染物，如磷、氮等元素。深度加工是将残余污染物从污水中去除，可以使用活性炭进行吸附、通过消毒等操作进行净化[8]，从而避免因污水中存在杂质而不达标排放的问题。大致处理工艺流程如图1所示。

图1 污水处理工艺流程

1.2 系统架构设计

掌上污水处理系统包括客户端、服务器、传输模块、PLC 和现场设备五部分。客户端是由基于uni-app 开发的APP 组成，其面向污水厂站的操作人员和管理人员，用来从手机端对污水处理的各个工艺流程的数据和设备进行实时监测和控制。服务器部分主要负责对数据进行存储和分析，并通过接口进行数据获取。PLC 负责将现场采集设备通过工业智能网关、交换机等传输设备组成的传输模块进行数据通信，并统一上传[9]。现场设备部分主要由各类仪器仪表组成，如液位计、流量计等仪表[10]。系统总体架构如图2 所示。

图2 系统总体架构

2 总体实现

2.1 关键技术

（1）uni-app

在手机上实现掌上污水处理系统需要同时支持Android系统和iOS 系统；并且根据不同的厂站需求，还需要实现小程序端的开发。因此采用uni-app 技术，uni-app 是一款基于vue.js 开发的移动端框架，主要特点是可以进行混合开发，开发人员只需进行单次开发即可实现对Android 端、iOS 端和小程序端的适配，从而降低开发成本[11]。

（2）后端主动推送技术

要实现对数据的实时监测，需要在界面上进行数据的实时更新，这就要求后端将厂站采集到的并上传到服务器中的数据及时地进行主动推送，页面才可以进行数据的更新，从而实现对数据的实时展示。

2.2 功能模块

掌上污水处理系统主要包括设备管理模块、运营数据模块、数据监测模块和视频监控模块等多个模块。

（1）设备管理模块

设备管理模块的主要功能包括设备巡检、设备维修、设备保养和设备报废等。不同厂站的不同设备分别具有各自的独有编号，将设备编号作为唯一主键存储在数据库中，并将设备编号生成二维码。当巡检人员进行巡检操作时，无需输入设备的编号，只需扫描设备的机身二维码即可识别设备进行巡检操作，避免了因输入编号错误导致设备信息混乱。

巡检生成的巡检任务需要巡检人员在手机端进行操作，巡检人员登录掌上污水处理系统获取当前定位信息，上传巡检照片，用以完成巡检任务。其中巡检照片的上传要求巡检人员只能进行拍照上传，不能从手机相册进行上传操作，避免了巡检人员上传相册内旧照片的作弊操作。在超过当前周期的时间范围内没有按时完成的巡检任务则会进入漏检列表。扫描后会跳转到设备详情界面，操作人员可以填写设备相应的信息上传完成对设备的巡检操作。设备维修、保养和报废的操作与上述操作流程相似。巡检人员的巡检操作流程如图3 所示。

图3 巡检操作流程

（2）运营数据模块

运营数据模块主要分为生产数据查询和厂站报表查询两部分。

生产数据查询部分的主要功能是对入库、物料库存调整单、产出品质量等数据进行查询和录入。

厂站报表查询部分是将厂站中采集的各种数据，通过PLC 传输到服务器的数据库中，包括CN-、Cr6+、TNi、TCu、TCr、TZn、pH、COD、氨氮和TP 等数据，并且保存相应的采集时间。用户可以通过对厂站、数据和时间的选择，生成相应的数据分析图。数据分析图的生成使用了Apache的 ECharts 图形库。

（3）数据监测模块

数据监测模块主要使用了后台数据主动推送的技术，当PLC 采集到数据传输到后台的服务器后，手机移动端APP 客户端与服务器之间的通信都是基于TCP/IP 协议，以Socket 套接字接口方式来实现最常见的客户/服务器模式。数据库保存数据的同时实现了立即将新的数据推送给前端，前端在页面进行数据的更新并显示新的数据。如此便做到了对采集数据的及时传输，使得用户能够对污水处理过程中的各种数据进行实时监测，对污水处理的进度有更及时确切的把握。

（4）视频监控模块

视频监控模块结合了海康威视提供的综合安防管理平台（iSecure Center）的SDK。在污水处理厂站的关键位置安装摄像头，在数据库中录入了各个监控的位置信息和设备编号，将设备编号与摄像头的位置相对应。手机端通过点击厂站位置获取相应的视频流地址，视频传输的主流协议有RTSP 和HLS 两种。相比于RTSP 协议，HLS 协议官方建议是请求到3 个片之后才开始播放，延迟高、实时性差。因此，本系统的视频传输主要采用RTSP 流格式的视频地址，RTSP 可以是双向发出请求的，更能保证监控的流畅性。

3 系统的应用

掌上污水处理系统已在浙江杭州一污水处理厂正式投入使用。具体应用效果如下。

（1）用户通过用户名和密码登录系统首页，可以直观地看到系统的所有功能模块，如图4 所示。

图4 系统首页

（2）解决了数据滞后性的问题，实现对污水处理过程中数据的实时监测，可以通过选择厂站不同位置的设备查看设备的实时数据参数，同时也可以对污水的水质数据含量信息进行实时查询和监测。污水排放量实时监测数据如图5 所示。

图5 实时监测数据

（3）实现数据图表化，可以将现有数据和历史数据结合起来对工艺变量参数进行在线图表分析。通过对这些数据的整理和筛选生成直观的折线图或柱状图。用户可以根据厂站名称、指标项、采样点、采样时间等字段进行范围规范，生成水质采集图、产出品同期对比图、物料吨耗图、物料成本图、药剂纯度、药剂单价图和水质对比图等，方便用户对数据的统计与观察。以水质对比图为例，生成相应的对比图如图6 所示。

图6 水质对比

系统也可以对药剂单价进行图形化展示，如石灰、次钠、氧化剂、焦钠、硫酸、盐酸、硫化钠、片碱、PAC 等药剂。通过对厂站名称、物料名称和供货厂家的选择，将时间选择控制在相应的时间段内，从而针对多个厂站的不同药剂单价呈现出图形化的比较，如图7 所示，这对于控制药剂成本可以起到重要作用。

图7 药剂单价

（4）实现了对厂站的实时监控，根据厂站的不同地址可以进行实时监控。用户可以在手机上查看厂站各个区域的实况。当厂站设备出现问题或操作工人在现场操作错误，用户能够及时获悉并采取相应的措施，如图8 所示。

图8 实况监控

4 结 语

本文设计的掌上污水厂处理系统将移动端技术、互联网技术与污水处理技术相结合，实现了可以兼容Android 系统、iOS 系统和小程序的手机端应用，将污水处理流程可视化，并且在手机上就能随时随地监测污水的处理情况，在提高污水处理厂站运作安全性的同时也提高了工作效率。