張文藝1，陳玉寶2，蔡建安1，鐘梅英1，胡小兵1
(1.安徽工業(yè)大學(xué)化工系，安徽馬鞍山243002；2.馬鞍山鋼鐵總公司，安徽馬鞍山243005)

　　摘　要：數(shù)據(jù)流程圖形軟件LabVIEW是著名的虛擬儀器開發(fā)平臺，對該軟件的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、運(yùn)算方式作了介紹，并通過實(shí)例將其應(yīng)用于廢水生化曝氣反應(yīng)池工藝流程的動態(tài)仿真。
　　關(guān)鍵詞：LabVIEW;前面板;框圖程序；虛擬儀器
　　中圖分類號：X703文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)12-0038-03

1　LabVIEW圖形軟件及其語言特點(diǎn)

　　LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)軟件是美國Ni公司(National Instrument Corp.)研制的一種用于科學(xué)計(jì)算、過程控制、測試及度量領(lǐng)域的圖形編程軟件。近年來，在電子學(xué)測試、過程監(jiān)測與控制 、實(shí)驗(yàn)室自動化、航天等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。LabVIEW使用了一種基于圖形的程序設(shè)計(jì)語言——G語言［1、2］，它的每一條語句都是由圖形來表示，這有別于文本語言(如BASIC、C、FORTRAN語言等)。其程序的執(zhí)行是由塊之間的數(shù)據(jù)流來決定的，這也有別于傳統(tǒng)的文本語言按命令次序連續(xù)執(zhí)行的方式。
　　LabVIEW的基本程序單位是VI(Virtual Instrument)，常稱作虛擬儀器或虛擬儀表，它包括兩個部分：前面板(Front Panel)和框圖程序(Block Diagram)^［3］。前面板用于輸入數(shù)值、顯示及形象化輸出量。在LabVIEW中，輸入量被稱作Controls，輸出量被稱作Indicators。用戶可以使用LabVIEW提供的圖標(biāo)(如旋鈕、表盤、溫度計(jì)面板、開關(guān)等)在前面板上畫出控制變量和輸出變量。框圖程序使用圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼。圖1為計(jì)算1+2+3+…+100=5 050(100以內(nèi)數(shù)字之和)的LabVIEW數(shù)據(jù)流程與Visual Basic 6.0源程序之比較，可見二者在表現(xiàn)方式上有著很大差別。
　　前面板是用戶的主要界面，用戶通過Control菜單在面板上設(shè)置控制及顯示機(jī)制，以完成對被測對象的測試。其中控制包括各種類型的輸入如數(shù)字、布爾、字符串控制等，顯示包括各種類型的輸出(如圖、表等)。VI的創(chuàng)建、打開、保存、關(guān)閉等管理操作也由面板上的菜單命令完成?？驁D程序(Block Diagram)是測試人員設(shè)計(jì)測試方案及測試步驟的界面，可以通過Functions選擇不同的圖形化模塊，組成相應(yīng)的測試邏輯、完成測試編程或建立所需的數(shù)學(xué)模型。其開發(fā)環(huán)境［2］如表1所示。

表1　LabVIEW開發(fā)環(huán)境 控件與指示器 按鈕/開頭/LED，滑塊/數(shù)顯，計(jì)量器/刻度盤/旋鈕，水槽/溫度表，文本框 儀器控制 GPIB，VXI，SERIAL，CAMAC，PLC等600多種儀器驅(qū)動器 文件I/O 電子表格，二進(jìn)制，ASCII碼等 開放性聯(lián)接 Internet,SQL,TCP/IP,ActiveX,Dlls,DDE等 數(shù)據(jù)采集 DAQ，單點(diǎn)輸入/輸出，TTL/CMOS輸入/輸出，數(shù)字握手，圖像采集 程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) While Loops,For Loop,Case結(jié)構(gòu)，順序結(jié)構(gòu)，基于文本的公式結(jié)等 程序設(shè)計(jì)原則 算術(shù)、字符串、布爾運(yùn)算，多數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)，子程序等 數(shù)學(xué)分析 信號發(fā)生，信號處理，圖像處理，曲線擬合，統(tǒng)計(jì)等 程序調(diào)試 斷點(diǎn)，探針，單步執(zhí)行，幫助窗口，在線幫助(Online-Help)等

2　廢水處理動態(tài)仿真

　　圖2為活性污泥法曝氣反應(yīng)池工藝流程。
　　要對該系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)仿真(或在線控制)，若使用VB、VC等軟件開發(fā)，非一般工程技術(shù)人員力所能及，而應(yīng)用LabVIEW卻能較方便地實(shí)現(xiàn)這一仿真過程。操作步驟如下：
　?、僭贚abVIEW前面板上畫出4個區(qū)域：進(jìn)水、池況、回流、動力學(xué)(見圖3)；
　　②在“進(jìn)水”區(qū)域畫出曝氣池進(jìn)水流量旋鈕及進(jìn)水BOD濃度顯示盤，分別作為曝氣池流量和進(jìn)水BOD濃度控制變量；

　　Q：進(jìn)出曝氣反應(yīng)池系統(tǒng)的廢水流量，m³/h；R：回流比；S0：進(jìn)水污染物濃度，mg/L；Se：出水污染物濃度，mg/L；V：曝氣反應(yīng)池容積，m3；RQ：回流污泥量，m³；X：曝氣池中活性污泥總量，m³；Xr：回流與外排剩余污泥濃度，mg/L。

　?、墼凇盎亓鳌憋@示區(qū)域畫出運(yùn)行水溫、回流污泥濃度、回流等4個控制變量的圖標(biāo)，用來顯示、模擬回流比等操作參數(shù)；
　　④在“池況”面板上畫出曝氣池池深、池寬、池容、原始污泥濃度等顯示圖標(biāo)和活性污泥濃度、溶解氧濃度、出水BOD濃度等曝氣池工況參數(shù)的顯示圖標(biāo)，用來模擬曝氣運(yùn)行工況；
　?、菰凇皠恿W(xué)”面板上畫出表達(dá)曝氣池活性污泥動力學(xué)參數(shù)的圖標(biāo)，如衰減系數(shù)Kd、產(chǎn)率系數(shù)Y、污泥負(fù)荷、污泥齡、揮發(fā)比、底物降解速度K、容積負(fù)荷、底物去除率、水力停留時間等；
　　⑥進(jìn)入框圖程序(Block Diagram)，根據(jù)活性污泥曝氣池運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型［4］在對應(yīng)的變量之間進(jìn)行數(shù)據(jù)流連線，這就如同印刷電路板上的各電子元件間的信號連線一樣(如圖4所示)。
　　這樣，一個活性污泥法曝氣反應(yīng)池工藝流程動態(tài)仿真系統(tǒng)軟件編程就完成了。圖3為程序運(yùn)行狀況，用鼠標(biāo)在面板上調(diào)節(jié)進(jìn)水流量、回流比及進(jìn)水BOD濃度等圖標(biāo)數(shù)據(jù)時，可以看出其他工藝參數(shù)及出水BOD濃度也會立即發(fā)生相應(yīng)變化，從而實(shí)現(xiàn)了動態(tài)仿真。

3　結(jié)語

　　數(shù)據(jù)流程圖形軟件LabVIEW以其編程靈活方便、可視性強(qiáng)的特點(diǎn)而具有功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、VXI、GPIB/Q串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表述的數(shù)據(jù)存貯等工具庫而日益得到廣泛應(yīng)用。將其應(yīng)用到廢水處理系統(tǒng)的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、模擬仿真及現(xiàn)場在線控制等領(lǐng)域，程序設(shè)計(jì)簡單、周期短、可視性強(qiáng)，特別適合編程經(jīng)驗(yàn)不足的廣大水處理工程技術(shù)人員使用。

參考文獻(xiàn)：

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　?。?］張文藝，鐘梅英，等.活性污泥法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模研究［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，18(3)：34-37.
　　［4］李揚(yáng)，等.圖形化編程語言LabVIEW環(huán)境及其開放性［J］.計(jì)算機(jī)工程，1999，25(4)：63-65.

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　　收稿日期：2001-04-29