基于uni-app 的掌上污水處理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

付 興，杜樹(shù)新

（湖州師范學(xué)院，浙江 湖州 313000）

0 引 言

近年來(lái)，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展越來(lái)越快，工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程也更加迅速，但是同時(shí)也帶來(lái)了許多環(huán)境問(wèn)題，促使大量污水處理廠被不斷建設(shè)，包括生產(chǎn)污水處理廠和生活污水處理廠等。據(jù)資料顯示，截至2020 年，全國(guó)僅城市污水處理廠的數(shù)量已達(dá)到2 618 座[1]。污水處理站點(diǎn)不僅數(shù)量繁多，而且建設(shè)極為分散，造成了污水處理的信息不同步、不及時(shí)、決策難、高度依賴勞動(dòng)力、運(yùn)營(yíng)效率和管理效率低下等問(wèn)題。

隨著移動(dòng)端技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，通過(guò)將污水處理與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，使污水處理過(guò)程信息化、智能化的方式越來(lái)越受青睞，成為實(shí)現(xiàn)污水處理智能化運(yùn)行的熱點(diǎn)方式之一[2]。如中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院研究了基于Internet 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)污水處理廠工藝生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、污水處理運(yùn)行的生產(chǎn)監(jiān)控，解決了污水處理過(guò)程中各環(huán)節(jié)信息獲取延遲、廠站運(yùn)營(yíng)和管理流程復(fù)雜等問(wèn)題[3]。雖然這在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理的信息化，但PC 端操作地點(diǎn)的局限性、數(shù)據(jù)的滯后性也成為急需解決的問(wèn)題。Baumann 等[4]研究開(kāi)發(fā)了監(jiān)測(cè)供水系統(tǒng)氟化物濃度的APP，實(shí)現(xiàn)了在手機(jī)上隨時(shí)隨地對(duì)供水系統(tǒng)中的氟化物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

對(duì)污水處理流程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)尤為重要，對(duì)于一些關(guān)鍵設(shè)備在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)也需要進(jìn)行及時(shí)的控制，以確保設(shè)備在安全的情況下運(yùn)行，提高對(duì)廠站和人員的安全性保障。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端的污水處理系統(tǒng)可以有效地解決這些問(wèn)題，可以讓操作人員在網(wǎng)絡(luò)連接良好的環(huán)境中隨時(shí)隨地對(duì)工廠污水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)和分析，實(shí)時(shí)地掌握污水處理進(jìn)度，對(duì)污水處理過(guò)程進(jìn)行全面掌控[5]。由于現(xiàn)在手機(jī)已經(jīng)成為每個(gè)人隨身攜帶的電子產(chǎn)品，所以相比于PC 端平臺(tái)，移動(dòng)端具有能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)?；诖耍疚牟捎胾ni-app 技術(shù)，結(jié)合云服務(wù)器、工業(yè)控制、后端開(kāi)發(fā)等技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套完整實(shí)用的掌上污水處理廠系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠區(qū)污水處理的全方位、多角度、跨區(qū)域的管理。

1 總體方案

1.1 典型污水處理工藝

典型的污水處理工藝主要包括預(yù)處理、物理處理、生化處理、深度加工和其他工藝過(guò)程[6]。

預(yù)處理過(guò)程主要是通過(guò)格柵和沉砂池等去除和過(guò)濾污水中的石塊和砂石等，為處理污水做預(yù)先準(zhǔn)備。物理處理主要是通過(guò)物理方式，將工業(yè)和生活污水中的不溶性懸浮污染物從水中分離出來(lái)。生化處理主要是使用AO 法[7]這一工藝處理污水，可有效清除污水有機(jī)污染物，如磷、氮等元素。深度加工是將殘余污染物從污水中去除，可以使用活性炭進(jìn)行吸附、通過(guò)消毒等操作進(jìn)行凈化[8]，從而避免因污水中存在雜質(zhì)而不達(dá)標(biāo)排放的問(wèn)題。大致處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

掌上污水處理系統(tǒng)包括客戶端、服務(wù)器、傳輸模塊、PLC 和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備五部分。客戶端是由基于uni-app 開(kāi)發(fā)的APP 組成，其面向污水廠站的操作人員和管理人員，用來(lái)從手機(jī)端對(duì)污水處理的各個(gè)工藝流程的數(shù)據(jù)和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。服務(wù)器部分主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，并通過(guò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。PLC 負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備通過(guò)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)等傳輸設(shè)備組成的傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并統(tǒng)一上傳[9]。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備部分主要由各類儀器儀表組成，如液位計(jì)、流量計(jì)等儀表[10]。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 總體實(shí)現(xiàn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）uni-app

在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)掌上污水處理系統(tǒng)需要同時(shí)支持Android系統(tǒng)和iOS 系統(tǒng)；并且根據(jù)不同的廠站需求，還需要實(shí)現(xiàn)小程序端的開(kāi)發(fā)。因此采用uni-app 技術(shù)，uni-app 是一款基于vue.js 開(kāi)發(fā)的移動(dòng)端框架，主要特點(diǎn)是可以進(jìn)行混合開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)人員只需進(jìn)行單次開(kāi)發(fā)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)Android 端、iOS 端和小程序端的適配，從而降低開(kāi)發(fā)成本[11]。

（2）后端主動(dòng)推送技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要在界面上進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，這就要求后端將廠站采集到的并上傳到服務(wù)器中的數(shù)據(jù)及時(shí)地進(jìn)行主動(dòng)推送，頁(yè)面才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示。

2.2 功能模塊

掌上污水處理系統(tǒng)主要包括設(shè)備管理模塊、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊和視頻監(jiān)控模塊等多個(gè)模塊。

（1）設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊的主要功能包括設(shè)備巡檢、設(shè)備維修、設(shè)備保養(yǎng)和設(shè)備報(bào)廢等。不同廠站的不同設(shè)備分別具有各自的獨(dú)有編號(hào)，將設(shè)備編號(hào)作為唯一主鍵存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并將設(shè)備編號(hào)生成二維碼。當(dāng)巡檢人員進(jìn)行巡檢操作時(shí)，無(wú)需輸入設(shè)備的編號(hào)，只需掃描設(shè)備的機(jī)身二維碼即可識(shí)別設(shè)備進(jìn)行巡檢操作，避免了因輸入編號(hào)錯(cuò)誤導(dǎo)致設(shè)備信息混亂。

巡檢生成的巡檢任務(wù)需要巡檢人員在手機(jī)端進(jìn)行操作，巡檢人員登錄掌上污水處理系統(tǒng)獲取當(dāng)前定位信息，上傳巡檢照片，用以完成巡檢任務(wù)。其中巡檢照片的上傳要求巡檢人員只能進(jìn)行拍照上傳，不能從手機(jī)相冊(cè)進(jìn)行上傳操作，避免了巡檢人員上傳相冊(cè)內(nèi)舊照片的作弊操作。在超過(guò)當(dāng)前周期的時(shí)間范圍內(nèi)沒(méi)有按時(shí)完成的巡檢任務(wù)則會(huì)進(jìn)入漏檢列表。掃描后會(huì)跳轉(zhuǎn)到設(shè)備詳情界面，操作人員可以填寫(xiě)設(shè)備相應(yīng)的信息上傳完成對(duì)設(shè)備的巡檢操作。設(shè)備維修、保養(yǎng)和報(bào)廢的操作與上述操作流程相似。巡檢人員的巡檢操作流程如圖3 所示。

圖3 巡檢操作流程

（2）運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)模塊

運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)模塊主要分為生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢和廠站報(bào)表查詢兩部分。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢部分的主要功能是對(duì)入庫(kù)、物料庫(kù)存調(diào)整單、產(chǎn)出品質(zhì)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和錄入。

廠站報(bào)表查詢部分是將廠站中采集的各種數(shù)據(jù)，通過(guò)PLC 傳輸?shù)椒?wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括CN-、Cr6+、TNi、TCu、TCr、TZn、pH、COD、氨氮和TP 等數(shù)據(jù)，并且保存相應(yīng)的采集時(shí)間。用戶可以通過(guò)對(duì)廠站、數(shù)據(jù)和時(shí)間的選擇，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析圖。數(shù)據(jù)分析圖的生成使用了Apache的 ECharts 圖形庫(kù)。

（3）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊主要使用了后臺(tái)數(shù)據(jù)主動(dòng)推送的技術(shù)，當(dāng)PLC 采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)的服務(wù)器后，手機(jī)移動(dòng)端APP 客戶端與服務(wù)器之間的通信都是基于TCP/IP 協(xié)議，以Socket 套接字接口方式來(lái)實(shí)現(xiàn)最常見(jiàn)的客戶/服務(wù)器模式。數(shù)據(jù)庫(kù)保存數(shù)據(jù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了立即將新的數(shù)據(jù)推送給前端，前端在頁(yè)面進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新并顯示新的數(shù)據(jù)。如此便做到了對(duì)采集數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸，使得用戶能夠?qū)ξ鬯幚磉^(guò)程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)污水處理的進(jìn)度有更及時(shí)確切的把握。

（4）視頻監(jiān)控模塊

視頻監(jiān)控模塊結(jié)合了?？低曁峁┑木C合安防管理平臺(tái)（iSecure Center）的SDK。在污水處理廠站的關(guān)鍵位置安裝攝像頭，在數(shù)據(jù)庫(kù)中錄入了各個(gè)監(jiān)控的位置信息和設(shè)備編號(hào)，將設(shè)備編號(hào)與攝像頭的位置相對(duì)應(yīng)。手機(jī)端通過(guò)點(diǎn)擊廠站位置獲取相應(yīng)的視頻流地址，視頻傳輸?shù)闹髁鲄f(xié)議有RTSP 和HLS 兩種。相比于RTSP 協(xié)議，HLS 協(xié)議官方建議是請(qǐng)求到3 個(gè)片之后才開(kāi)始播放，延遲高、實(shí)時(shí)性差。因此，本系統(tǒng)的視頻傳輸主要采用RTSP 流格式的視頻地址，RTSP 可以是雙向發(fā)出請(qǐng)求的，更能保證監(jiān)控的流暢性。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用

掌上污水處理系統(tǒng)已在浙江杭州一污水處理廠正式投入使用。具體應(yīng)用效果如下。

（1）用戶通過(guò)用戶名和密碼登錄系統(tǒng)首頁(yè)，可以直觀地看到系統(tǒng)的所有功能模塊，如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)首頁(yè)

（2）解決了數(shù)據(jù)滯后性的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理過(guò)程中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)選擇廠站不同位置的設(shè)備查看設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)參數(shù)，同時(shí)也可以對(duì)污水的水質(zhì)數(shù)據(jù)含量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢和監(jiān)測(cè)。污水排放量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖5 所示。

圖5 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

（3）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖表化，可以將現(xiàn)有數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)對(duì)工藝變量參數(shù)進(jìn)行在線圖表分析。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的整理和篩選生成直觀的折線圖或柱狀圖。用戶可以根據(jù)廠站名稱、指標(biāo)項(xiàng)、采樣點(diǎn)、采樣時(shí)間等字段進(jìn)行范圍規(guī)范，生成水質(zhì)采集圖、產(chǎn)出品同期對(duì)比圖、物料噸耗圖、物料成本圖、藥劑純度、藥劑單價(jià)圖和水質(zhì)對(duì)比圖等，方便用戶對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與觀察。以水質(zhì)對(duì)比圖為例，生成相應(yīng)的對(duì)比圖如圖6 所示。

圖6 水質(zhì)對(duì)比

系統(tǒng)也可以對(duì)藥劑單價(jià)進(jìn)行圖形化展示，如石灰、次鈉、氧化劑、焦鈉、硫酸、鹽酸、硫化鈉、片堿、PAC 等藥劑。通過(guò)對(duì)廠站名稱、物料名稱和供貨廠家的選擇，將時(shí)間選擇控制在相應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，從而針對(duì)多個(gè)廠站的不同藥劑單價(jià)呈現(xiàn)出圖形化的比較，如圖7 所示，這對(duì)于控制藥劑成本可以起到重要作用。

圖7 藥劑單價(jià)

（4）實(shí)現(xiàn)了對(duì)廠站的實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)廠站的不同地址可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。用戶可以在手機(jī)上查看廠站各個(gè)區(qū)域的實(shí)況。當(dāng)廠站設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題或操作工人在現(xiàn)場(chǎng)操作錯(cuò)誤，用戶能夠及時(shí)獲悉并采取相應(yīng)的措施，如圖8 所示。

圖8 實(shí)況監(jiān)控

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的掌上污水廠處理系統(tǒng)將移動(dòng)端技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與污水處理技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了可以兼容Android 系統(tǒng)、iOS 系統(tǒng)和小程序的手機(jī)端應(yīng)用，將污水處理流程可視化，并且在手機(jī)上就能隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)污水的處理情況，在提高污水處理廠站運(yùn)作安全性的同時(shí)也提高了工作效率。