基于LabVIEW的粉尘排放远程监控系统研究

摘 要：针对大气环境监测数据反馈时间长，不利于指导生产的问题，同时为了简化数据传输的过程，基于虚拟仪器开发平台LabVIEW 8．O进行了粉尘排放远程监控系统的设计和研究。该系统使用NI公司生产的数据采集卡，利用数据采集助手DAQ Assistant对数据采集卡进行驱动，并采用DataSocket通信技术进行数据的实时、远程采集，实现了对粉尘排放的远程监控。实验证明该系统是稳定可靠的。
关键词：虚拟仪器；LabVIEW；DataSocket技术；粉尘排放；计算机远程在线监控

    当前，我国生态环境的总体恶化趋势尚未得到根本扭转，环境污染状况日益严重。以粉尘和SO2为代表的煤烟型污染是我国大气污染的普遍问题。其中，烟囱排放到大气的粉尘是最主要的污染之一，对人类的身体健康造成很大危害。因此，对粉尘排放监测的必要性已日益得到社会的认同，有关此类环境监测的仪器也在不断地得到完善，但是仍存在诸如监测数据反馈时间长，不利于指导生产；对于某些危险、环境恶劣、不适合人员操作的监测站不便长期进行现场监控；测量数据的传输过程过于复杂等问题。针对上述问题，利用虚拟仪器技术和网络通信技术，使用LabVIEW中的通信功能模块，在LabVIEW 8.O软件平台上采用图形化编程语言搭建了粉尘排放远程监控系统。

1 虚拟仪器远程监控的实现
    LabVIEW是一种基于图形化编程语言的虚拟软件开发工具，其中DataSocket是NI公司提供的一种网络传输技术，它建立在TCP/IP协议的基础之上，但是却不用进行复杂的底层TCP编程，只能通过计算机网络向多个远程终端同时传播现场的测量数据。它极大地简化了应用程序之间以及计算机之间的数据传输过程。因此使用。DataSocket技术进行传输数据对于用户来说是相当方便的。无论是通过编程的方法，还是前面板对象链接的方法，使用DataSocket技术，计算机都可以在LabVIEw程序运行后通过Internet互相传输数据。

2 DataSocket技术在粉尘排放远程监控中的应用
    实验室已经成功地研制出来一套激光粒度仪系统。该系统利用SSPA探测器来探测激光经过模拟烟囱后的散射光信号，同时用NI公司提供的数据采集卡M6220采集散射光信号，然后进行数据处理，以反映出烟囱粉尘排放的状况，这些工作都是在LabVIEW 8．O软件平台上进行的。当然，这套模拟系统最终要安装在工厂的烟囱里，以实现监控粉尘排放的功能，这也涉及到远程监控的问题。通过对几种方案的对比，鉴于LabVIEW中DataSocket网络传输技术的强大功能及其操作简单的特性，采用该方案对烟囱粉尘排放状况进行了实时在线监控。
    使用DataSocket传输数据有两种方法，一种是在前面板控件之间传输数据；另一种是在程序中传输数据。在实验室中分别采用了这两种方法进行实验。
    第一种是使用DataSocket来链接前面板对象。首先必须在现场执行采集信号任务的计算机上用Lab-VIEW 8.0编写采集程序，然后在该程序的前面板上对准备链接的对象属性进行一些必要的设置即可实现链接，该设置包括链接方式、链接类型和链接位置的设定。图1为现场粉尘排放数据采集的前面板程序，该前面板对象包括了采样通道、采样速率、采点数、信号显示、启动停止按钮以及存储按钮等。在采集现场隔壁的另一台电脑上把这些对象放入前面板，不过在这里对象之间就不再需要连线了，只需要在对象的属性上进行相应的设置即可实现对现场采集程序的远程控制。图2为用户远程监控粉尘排放样数据采集的前面板程序。远程用户可以通过图2所示的前面板程序中的控制件控制现场的数据采集过程，同时现场采集方式和数据的变化也会反馈到远程用户端。例如，在粉尘排放现场有一台计算机采集数据，那么远程用户就可以通过另一台计算机控制采集数据的程序运行，修改它的采样通道和采样次数，并读取它的采样数据。还可以把现场进行数据处理后的结果界面传输到远程用户端，或者在远程用户端对数据进行处理，并最终得到粉尘的排放状况。

    第二种是使用编程的方法来建立链接。可以利用函数子模板中的DataSocket write和DataSocket Read函数来编写程序。首先在采集现场的一台计算机上用DataSocket write写数据，这台计算机在运行程序之前必需打开DataSocket Serve，然后在另一台计算机上编写程序调用DataSocket Read函数，从URL指定的位置(即现场采集的计算机地址)读取数据。使用该方式传输数据时，DataSocket Serve只向数据客户发布最新的数据。当发布数据的计算机比接收数据的计算机运行快时，则一些数据还没被读取就被覆盖掉，那么就会造成数据丢失。为了确保传输数据的准确性，应该使用数据缓冲区的方法来传输数据。在编写该程序的过程中采用了DataSocket模块中的DataSocket Select URL函数、DataSocket Open函数、DataSocket Read函数和DataSocket Close函数。图3、图4分别为向DataSock-et写现场采集到的数据和采用缓冲方式读取现场数据的程序框图。图4中的程序运行后，会弹对话框提示用户选择一个数据源，并将用户选择的URL输出，这样现场采集的计算机与远程计算机之间的链接就建立起来了。

    此外，也可以在Web上发布程序。使用LabVIEW的Web服务器，可以在网络上发布LabVIEW程序的前面板图像，以便供具有使用权限的远程计算机浏览。只需在发布程序的计算机上的LabVIEW中打开和设置Web服务器以后，那么网络上的计算机不管是否安装了LabVIEW，只要按规定格式在Web浏览器中输入正确的URL，就可以动态地查看Web服务器所在计算机内存中程序的前面板。图5给出网络上的一台计算机利用Web浏览器查看现场监测粉尘排放时程序前面板的网页。

    在实际应用中，可以采取以上几种方法相结合的方式来建立粉尘排放远程监控系统。设想的大气环境监测系统主要是由现场监测站、数据信息中心、政府环保部门、广州市环科所等单位，通过Internet连接起来，可以实现一个建立环境信息数据库、共享环境监测数据、交流相关信息的网络信息平台。图6所示为大气环境信息系统的网络框图。

3 结 语
    粉尘排放的远程监控具有非常重大的意义，Lab-VIEW 8.O的DataSocket技术为远程监控提供了便利的实现方法。通过网络、环保部门可以远程监控多个环境监测点，能实时得到各个监测点的反馈信息，而且各个监测站之间还可以进行数据交换，大大地提高了环境监测的效率。这套粉尘排放远程监控系统在实验室中已经成功地完成了模拟实验，得到了比较准确的测量数据，相信它的应用会对环境保护起到积极的作用。