基于LabVIEW的粉塵排放遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘 要：針對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋時(shí)間長，不利于指導(dǎo)生產(chǎn)的問題，同時(shí)為了簡化數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，基于虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW 8．O進(jìn)行了粉塵排放遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。該系統(tǒng)使用NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡，利用數(shù)據(jù)采集助手DAQ Assistant對(duì)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并采用DataSocket通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程采集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)粉塵排放的遠(yuǎn)程監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；DataSocket技術(shù)；粉塵排放；計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控

    當(dāng)前，我國生態(tài)環(huán)境的總體惡化趨勢尚未得到根本扭轉(zhuǎn)，環(huán)境污染狀況日益嚴(yán)重。以粉塵和SO2為代表的煤煙型污染是我國大氣污染的普遍問題。其中，煙囪排放到大氣的粉塵是最主要的污染之一，對(duì)人類的身體健康造成很大危害。因此，對(duì)粉塵排放監(jiān)測的必要性已日益得到社會(huì)的認(rèn)同，有關(guān)此類環(huán)境監(jiān)測的儀器也在不斷地得到完善，但是仍存在諸如監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋時(shí)間長，不利于指導(dǎo)生產(chǎn)；對(duì)于某些危險(xiǎn)、環(huán)境惡劣、不適合人員操作的監(jiān)測站不便長期進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控；測量數(shù)據(jù)的傳輸過程過于復(fù)雜等問題。針對(duì)上述問題，利用虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使用LabVIEW中的通信功能模塊，在LabVIEW 8.O軟件平臺(tái)上采用圖形化編程語言搭建了粉塵排放遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 虛擬儀器遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)
    LabVIEW是一種基于圖形化編程語言的虛擬軟件開發(fā)工具，其中DataSocket是NI公司提供的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，它建立在TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)之上，但是卻不用進(jìn)行復(fù)雜的底層TCP編程，只能通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向多個(gè)遠(yuǎn)程終端同時(shí)傳播現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)。它極大地簡化了應(yīng)用程序之間以及計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸過程。因此使用。DataSocket技術(shù)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)對(duì)于用戶來說是相當(dāng)方便的。無論是通過編程的方法，還是前面板對(duì)象鏈接的方法，使用DataSocket技術(shù)，計(jì)算機(jī)都可以在LabVIEw程序運(yùn)行后通過Internet互相傳輸數(shù)據(jù)。

2 DataSocket技術(shù)在粉塵排放遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用
    實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功地研制出來一套激光粒度儀系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用SSPA探測器來探測激光經(jīng)過模擬煙囪后的散射光信號(hào)，同時(shí)用NI公司提供的數(shù)據(jù)采集卡M6220采集散射光信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以反映出煙囪粉塵排放的狀況，這些工作都是在LabVIEW 8．O軟件平臺(tái)上進(jìn)行的。當(dāng)然，這套模擬系統(tǒng)最終要安裝在工廠的煙囪里，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控粉塵排放的功能，這也涉及到遠(yuǎn)程監(jiān)控的問題。通過對(duì)幾種方案的對(duì)比，鑒于LabVIEW中DataSocket網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的強(qiáng)大功能及其操作簡單的特性，采用該方案對(duì)煙囪粉塵排放狀況進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。
    使用DataSocket傳輸數(shù)據(jù)有兩種方法，一種是在前面板控件之間傳輸數(shù)據(jù)；另一種是在程序中傳輸數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)室中分別采用了這兩種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
    第一種是使用DataSocket來鏈接前面板對(duì)象。首先必須在現(xiàn)場執(zhí)行采集信號(hào)任務(wù)的計(jì)算機(jī)上用Lab-VIEW 8.0編寫采集程序，然后在該程序的前面板上對(duì)準(zhǔn)備鏈接的對(duì)象屬性進(jìn)行一些必要的設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)鏈接，該設(shè)置包括鏈接方式、鏈接類型和鏈接位置的設(shè)定。圖1為現(xiàn)場粉塵排放數(shù)據(jù)采集的前面板程序，該前面板對(duì)象包括了采樣通道、采樣速率、采點(diǎn)數(shù)、信號(hào)顯示、啟動(dòng)停止按鈕以及存儲(chǔ)按鈕等。在采集現(xiàn)場隔壁的另一臺(tái)電腦上把這些對(duì)象放入前面板，不過在這里對(duì)象之間就不再需要連線了，只需要在對(duì)象的屬性上進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場采集程序的遠(yuǎn)程控制。圖2為用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控粉塵排放樣數(shù)據(jù)采集的前面板程序。遠(yuǎn)程用戶可以通過圖2所示的前面板程序中的控制件控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集過程，同時(shí)現(xiàn)場采集方式和數(shù)據(jù)的變化也會(huì)反饋到遠(yuǎn)程用戶端。例如，在粉塵排放現(xiàn)場有一臺(tái)計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，那么遠(yuǎn)程用戶就可以通過另一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制采集數(shù)據(jù)的程序運(yùn)行，修改它的采樣通道和采樣次數(shù)，并讀取它的采樣數(shù)據(jù)。還可以把現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果界面?zhèn)鬏數(shù)竭h(yuǎn)程用戶端，或者在遠(yuǎn)程用戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并最終得到粉塵的排放狀況。

    第二種是使用編程的方法來建立鏈接?？梢岳煤瘮?shù)子模板中的DataSocket write和DataSocket Read函數(shù)來編寫程序。首先在采集現(xiàn)場的一臺(tái)計(jì)算機(jī)上用DataSocket write寫數(shù)據(jù)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)在運(yùn)行程序之前必需打開DataSocket Serve，然后在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上編寫程序調(diào)用DataSocket Read函數(shù)，從URL指定的位置(即現(xiàn)場采集的計(jì)算機(jī)地址)讀取數(shù)據(jù)。使用該方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，DataSocket Serve只向數(shù)據(jù)客戶發(fā)布最新的數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)布數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)比接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)運(yùn)行快時(shí)，則一些數(shù)據(jù)還沒被讀取就被覆蓋掉，那么就會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。為了確保傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)該使用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的方法來傳輸數(shù)據(jù)。在編寫該程序的過程中采用了DataSocket模塊中的DataSocket Select URL函數(shù)、DataSocket Open函數(shù)、DataSocket Read函數(shù)和DataSocket Close函數(shù)。圖3、圖4分別為向DataSock-et寫現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)和采用緩沖方式讀取現(xiàn)場數(shù)據(jù)的程序框圖。圖4中的程序運(yùn)行后，會(huì)彈對(duì)話框提示用戶選擇一個(gè)數(shù)據(jù)源，并將用戶選擇的URL輸出，這樣現(xiàn)場采集的計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間的鏈接就建立起來了。

    此外，也可以在Web上發(fā)布程序。使用LabVIEW的Web服務(wù)器，可以在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布LabVIEW程序的前面板圖像，以便供具有使用權(quán)限的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)瀏覽。只需在發(fā)布程序的計(jì)算機(jī)上的LabVIEW中打開和設(shè)置Web服務(wù)器以后，那么網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)不管是否安裝了LabVIEW，只要按規(guī)定格式在Web瀏覽器中輸入正確的URL，就可以動(dòng)態(tài)地查看Web服務(wù)器所在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中程序的前面板。圖5給出網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)計(jì)算機(jī)利用Web瀏覽器查看現(xiàn)場監(jiān)測粉塵排放時(shí)程序前面板的網(wǎng)頁。

    在實(shí)際應(yīng)用中，可以采取以上幾種方法相結(jié)合的方式來建立粉塵排放遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)想的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要是由現(xiàn)場監(jiān)測站、數(shù)據(jù)信息中心、政府環(huán)保部門、廣州市環(huán)科所等單位，通過Internet連接起來，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)建立環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫、共享環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、交流相關(guān)信息的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)。圖6所示為大氣環(huán)境信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)框圖。

3 結(jié) 語
    粉塵排放的遠(yuǎn)程監(jiān)控具有非常重大的意義，Lab-VIEW 8.O的DataSocket技術(shù)為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了便利的實(shí)現(xiàn)方法。通過網(wǎng)絡(luò)、環(huán)保部門可以遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)，能實(shí)時(shí)得到各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的反饋信息，而且各個(gè)監(jiān)測站之間還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，大大地提高了環(huán)境監(jiān)測的效率。這套粉塵排放遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)成功地完成了模擬實(shí)驗(yàn)，得到了比較準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，相信它的應(yīng)用會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)起到積極的作用。