基于LabVIEW的粉塵排放遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘 要：針對大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋時間長，不利于指導生產的問題，同時為了簡化數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，基于虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW 8．O進行了粉塵排放遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計和研究。該系統(tǒng)使用NI公司生產的數(shù)據(jù)采集卡，利用數(shù)據(jù)采集助手DAQ Assistant對數(shù)據(jù)采集卡進行驅動，并采用DataSocket通信技術進行數(shù)據(jù)的實時、遠程采集，實現(xiàn)了對粉塵排放的遠程監(jiān)控。實驗證明該系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的。
關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；DataSocket技術；粉塵排放；計算機遠程在線監(jiān)控

    當前，我國生態(tài)環(huán)境的總體惡化趨勢尚未得到根本扭轉，環(huán)境污染狀況日益嚴重。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，對人類的身體健康造成很大危害。因此，對粉塵排放監(jiān)測的必要性已日益得到社會的認同，有關此類環(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)反饋時間長，不利于指導生產；對于某些危險、環(huán)境惡劣、不適合人員操作的監(jiān)測站不便長期進行現(xiàn)場監(jiān)控；測量數(shù)據(jù)的傳輸過程過于復雜等問題。針對上述問題，利用虛擬儀器技術和網(wǎng)絡通信技術，使用LabVIEW中的通信功能模塊，在LabVIEW 8.O軟件平臺上采用圖形化編程語言搭建了粉塵排放遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 虛擬儀器遠程監(jiān)控的實現(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)絡傳輸技術，它建立在TCP/IP協(xié)議的基礎之上，但是卻不用進行復雜的底層TCP編程，只能通過計算機網(wǎng)絡向多個遠程終端同時傳播現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)。它極大地簡化了應用程序之間以及計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸過程。因此使用。DataSocket技術進行傳輸數(shù)據(jù)對于用戶來說是相當方便的。無論是通過編程的方法，還是前面板對象鏈接的方法，使用DataSocket技術，計算機都可以在LabVIEw程序運行后通過Internet互相傳輸數(shù)據(jù)。

2 DataSocket技術在粉塵排放遠程監(jiān)控中的應用
    實驗室已經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過模擬煙囪后的散射光信號，同時用NI公司提供的數(shù)據(jù)采集卡M6220采集散射光信號，然后進行數(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軟件平臺上進行的。當然，這套模擬系統(tǒng)最終要安裝在工廠的煙囪里，以實現(xiàn)監(jiān)控粉塵排放的功能，這也涉及到遠程監(jiān)控的問題。通過對幾種方案的對比，鑒于LabVIEW中DataSocket網(wǎng)絡傳輸技術的強大功能及其操作簡單的特性，采用該方案對煙囪粉塵排放狀況進行了實時在線監(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)。在實驗室中分別采用了這兩種方法進行實驗。
    第一種是使用DataSocket來鏈接前面板對象。首先必須在現(xiàn)場執(zhí)行采集信號任務的計算機上用Lab-VIEW 8.0編寫采集程序，然后在該程序的前面板上對準備鏈接的對象屬性進行一些必要的設置即可實現(xiàn)鏈接，該設置包括鏈接方式、鏈接類型和鏈接位置的設定。圖1為現(xiàn)場粉塵排放數(shù)據(jù)采集的前面板程序，該前面板對象包括了采樣通道、采樣速率、采點數(shù)、信號顯示、啟動停止按鈕以及存儲按鈕等。在采集現(xiàn)場隔壁的另一臺電腦上把這些對象放入前面板，不過在這里對象之間就不再需要連線了，只需要在對象的屬性上進行相應的設置即可實現(xiàn)對現(xiàn)場采集程序的遠程控制。圖2為用戶遠程監(jiān)控粉塵排放樣數(shù)據(jù)采集的前面板程序。遠程用戶可以通過圖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，同時現(xiàn)場采集方式和數(shù)據(jù)的變化也會反饋到遠程用戶端。例如，在粉塵排放現(xiàn)場有一臺計算機采集數(shù)據(jù)，那么遠程用戶就可以通過另一臺計算機控制采集數(shù)據(jù)的程序運行，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)場進行數(shù)據(jù)處理后的結果界面?zhèn)鬏數(shù)竭h程用戶端，或者在遠程用戶端對數(shù)據(jù)進行處理，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)場的一臺計算機上用DataSocket write寫數(shù)據(jù)，這臺計算機在運行程序之前必需打開DataSocket Serve，然后在另一臺計算機上編寫程序調用DataSocket Read函數(shù)，從URL指定的位置(即現(xiàn)場采集的計算機地址)讀取數(shù)據(jù)。使用該方式傳輸數(shù)據(jù)時，DataSocket Serve只向數(shù)據(jù)客戶發(fā)布最新的數(shù)據(jù)。當發(fā)布數(shù)據(jù)的計算機比接收數(shù)據(jù)的計算機運行快時，則一些數(shù)據(jù)還沒被讀取就被覆蓋掉，那么就會造成數(shù)據(jù)丟失。為了確保傳輸數(shù)據(jù)的準確性，應該使用數(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中的程序運行后，會彈對話框提示用戶選擇一個數(shù)據(jù)源，并將用戶選擇的URL輸出，這樣現(xiàn)場采集的計算機與遠程計算機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服務器，可以在網(wǎng)絡上發(fā)布LabVIEW程序的前面板圖像，以便供具有使用權限的遠程計算機瀏覽。只需在發(fā)布程序的計算機上的LabVIEW中打開和設置Web服務器以后，那么網(wǎng)絡上的計算機不管是否安裝了LabVIEW，只要按規(guī)定格式在Web瀏覽器中輸入正確的URL，就可以動態(tài)地查看Web服務器所在計算機內存中程序的前面板。圖5給出網(wǎng)絡上的一臺計算機利用Web瀏覽器查看現(xiàn)場監(jiān)測粉塵排放時程序前面板的網(wǎng)頁。

    在實際應用中，可以采取以上幾種方法相結合的方式來建立粉塵排放遠程監(jiān)控系統(tǒng)。設想的大氣環(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，可以實現(xiàn)一個建立環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫、共享環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、交流相關信息的網(wǎng)絡信息平臺。圖6所示為大氣環(huán)境信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡框圖。

3 結 語
    粉塵排放的遠程監(jiān)控具有非常重大的意義，Lab-VIEW 8.O的DataSocket技術為遠程監(jiān)控提供了便利的實現(xiàn)方法。通過網(wǎng)絡、環(huán)保部門可以遠程監(jiān)控多個環(huán)境監(jiān)測點，能實時得到各個監(jiān)測點的反饋信息，而且各個監(jiān)測站之間還可以進行數(shù)據(jù)交換，大大地提高了環(huán)境監(jiān)測的效率。這套粉塵排放遠程監(jiān)控系統(tǒng)在實驗室中已經成功地完成了模擬實驗，得到了比較準確的測量數(shù)據(jù)，相信它的應用會對環(huán)境保護起到積極的作用。