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：數據流程圖形軟件LabVIEW是著名的虛擬儀器開發平臺，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)。其程序的執行是由塊之間的數據流來決定的，這也有別于傳統的文本語言按命令次序連續執行的方式。
　　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程序的源代碼。圖1為計算1+2+3+…+100=5 050(100以內數字之和)的LabVIEW數據流程與Visual Basic 6.0源程序之比較，可見二者在表現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的創建、打開、保存、關閉等管理操作也由面板上的菜單命令完成。框圖程序(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學模型。其開發環境［2］如表1所示。

表1　LabVIEW開發環境 控件與指示器 按鈕/開頭/LED，滑塊/數顯，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 開放性聯接 Internet,SQL,TCP/IP,ActiveX,Dlls,DDE等 數據采集 DAQ，單點輸入/輸出，TTL/CMOS輸入/輸出，數字握手，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，多數據類型結構，子程序等 數學分析 信號發生，信號處理，圖像處理，曲線擬合，統計等 程序調試 斷點，探針，單步執行，幫助窗口，在線幫助(Online-Help)等

2　廢水處理動態仿真

　　圖2為活性污泥法曝氣反應池工藝流程。
　　要對該系統進行動態仿真(或在線控制)，若使用VB、VC等軟件開發，非一般工程技術人員力所能及，而應用LabVIEW卻能較方便地實現這一仿真過程。操作步驟如下：
　?、僭贚abVIEW前面板上畫出4個區域：進水、池況、回流、動力學(見圖3)；
　?、谠凇斑M水”區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；
　?、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的圖標，如衰減系數Kd、產率系數Y、污泥負荷、污泥齡、揮發比、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)，根據活性污泥曝氣池運行的數學模型［4］在對應的變量之間進行數據流連線，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仿真系統軟件編程就完成了。圖3為程序運行狀況，用鼠標在面板上調節進水流量、回流比及進水BOD濃度等圖標數據時，可以看出其他工藝參數及出水BOD濃度也會立即發生相應變化，從而實現了動態仿真。

3　結語

　　數據流程圖形軟件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據采集、VXI、GPIB/Q串行儀器控制、數據分析、數據表述的數據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的工藝參數設計、模擬仿真及現場在線控制等領域，程序設計簡單、周期短、可視性強，特別適合編程經驗不足的廣大水處理工程技術人員使用。

參考文獻：

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

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　　收稿日期：2001-04-29