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、設計結構、運算方式作了介紹，并通過實例將其應用于廢水生化曝氣反應池工藝流程的動態(tài)仿真。
　　關鍵詞：LabVIEW;前面板;框圖程序；虛擬儀器
　　中圖分類號：X703文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)12-0038-03

1　LabVIEW圖形軟件及其語言特點

　　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計算、過程控制、測試及度量領域的圖形編程軟件。近年來，在電子學測試、過程監(jiān)測與控制 、實驗室自動化、航天等領域獲得了廣泛應用。LabVIEW使用了一種基于圖形的程序設計語言——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(如旋鈕、表盤、溫度計面板、開關等)在前面板上畫出控制變量和輸出變量?？驁D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為計算1+2+3+…+100=5 050(100以內數(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菜單在面板上設置控制及顯示機制，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)是測試人員設計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，組成相應的測試邏輯、完成測試編程或建立所需的數(shù)學模型。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多種儀器驅動器 文件I/O 電子表格，二進制，ASCII碼等 開放性聯(lián)接 Internet,SQL,TCP/IP,ActiveX,Dlls,DDE等 數(shù)據(jù)采集 DAQ，單點輸入/輸出，TTL/CMOS輸入/輸出，數(shù)字握手，圖像采集 程序設計結構 While Loops,For Loop,Case結構，順序結構，基于文本的公式結等 程序設計原則 算術、字符串、布爾運算，多數(shù)據(jù)類型結構，子程序等 數(shù)學分析 信號發(fā)生，信號處理，圖像處理，曲線擬合，統(tǒng)計等 程序調試 斷點，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池工藝流程。
　　要對該系統(tǒng)進行動態(tài)仿真(或在線控制)，若使用VB、VC等軟件開發(fā)，非一般工程技術人員力所能及，而應用LabVIEW卻能較方便地實現(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：進水、池況、回流、動力學(見圖3)；
　?、谠凇斑M水”區(qū)域畫出曝氣池進水流量旋鈕及進水BOD濃度顯示盤，分別作為曝氣池流量和進水BOD濃度控制變量；

　　Q：進出曝氣反應池系統(tǒng)的廢水流量，m³/h；R：回流比；S0：進水污染物濃度，mg/L；Se：出水污染物濃度，mg/L；V：曝氣反應池容積，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)域畫出運行水溫、回流污泥濃度、回流等4個控制變量的圖標，用來顯示、模擬回流比等操作參數(shù)；
　?、茉凇俺貨r”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，用來模擬曝氣運行工況；
　?、菰凇皠恿W”面板上畫出表達曝氣池活性污泥動力學參數(shù)的圖標，如衰減系數(shù)Kd、產(chǎn)率系數(shù)Y、污泥負荷、污泥齡、揮發(fā)比、底物降解速度K、容積負荷、底物去除率、水力停留時間等；
　?、捱M入框圖程序(Block Diagram)，根據(jù)活性污泥曝氣池運行的數(shù)學模型［4］在對應的變量之間進行數(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為程序運行狀況，用鼠標在面板上調節(jié)進水流量、回流比及進水BOD濃度等圖標數(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)生相應變化，從而實現(xiàn)了動態(tài)仿真。

3　結語

　　數(shù)據(jù)流程圖形軟件LabVIEW以其編程靈活方便、可視性強的特點而具有功能強大的數(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用。將其應用到廢水處理系統(tǒng)的工藝參數(shù)設計、模擬仿真及現(xiàn)場在線控制等領域，程序設計簡單、周期短、可視性強，特別適合編程經(jīng)驗不足的廣大水處理工程技術人員使用。

參考文獻：

　　［1］劉松強.數(shù)據(jù)流編程的圖形軟件LabVIEW及其應用［J］.小型微型計算機系統(tǒng)，1994，15(10)：30-34.
　?。?］劉昱，等.儀器儀表測試平臺與LabVIEW編程環(huán)境［J］.計算機工程與應用，1996，23(2)：58-60.
　?。?］張文藝，鐘梅英，等.活性污泥法人工神經(jīng)網(wǎng)絡建模研究［J］.安徽工業(yè)大學學報，2000，18(3)：34-37.
　　［4］李揚，等.圖形化編程語言LabVIEW環(huán)境及其開放性［J］.計算機工程，1999，25(4)：63-65.

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　　收稿日期：2001-04-29