基于MCGS的食用菌制菌環境上位機監控系統設計

摘 要：為及時有效獲取食用菌制菌室內各環境參數的實時動態、環境調控系統運行狀態及控制情況，提高環境監控系統可視性及優化參數配置，本設計結合MCGS組態開發了一套食用菌制菌環境上位機遠程監控系統。通過用戶界面建立實時數據庫鏈接變量，應用腳本語言實現多種窗口功能以及實時動畫演示，實現了對食用菌制菌環境的實時管理與監控。

關鍵詞：食用菌制菌；遠程監控；MCGS

引言

隨著計算機在農業領域的廣泛應用和迅速提高的農業自動化水平，人們對農業信息化、自動化提出了更高的要求，越來越多種類的監控裝置與控制設備被應用于農業領域，使得傳統的控制軟件已經無法達到用戶的眾多需求。通用自動化組態軟件的出現為解決上述實際問題提供了一種嶄新的方法。

1 系統整體結構設計

如今，在自動化領域中，監控組態軟件產生的影響是與日俱增，應用更是屢見不鮮，尤其是在數據采集與遠程監控方面，很多系統已經離不開組態軟件。MCGS組態軟件作為本監控系統的上位機部分，實現了系統的自動化與智能化，設計出一個直觀而簡潔的監控系統人機交換界面。本系統設計的上位機由遠程監控室內的PC機和制菌現場的監控觸摸屏兩部分組成，這樣使得工作人員無論身在監控室內還是現場，都能夠實時了解掌握系統的全部信息，如查看工作日志、各點參數值、系統動畫，對參數控制范圍進行設置，控制通風系統、噴淋、空調的開關，完成整套系統的監控工作。

2 上位機MCGS軟件

2.1 MCGS組態軟件結構與特點

MCGS（Monitor and Control Generated System）組態軟件能夠在較短時間內建立有效上位機監控系統，由北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司研發[1]。它是一款計算機系統軟件，分為網絡版、嵌入版和通用版三個版本，操作便捷、功能全面，為實時監控領域提供可靠服務[2]。MCGS工程連接圖如圖1所示。每個版本的組態軟件均由兩個環境組成，即運行環境與組態環境（開發環境）。網絡版的客戶端可以通過IE6.0以上版本的瀏覽器瀏覽界面；嵌入版能夠運行于嵌入式操作系統Wince.net；通用版則完成多任務信息采集與調控。本系統選擇通用版與嵌入版兩個版本對遠程PC機和監控屏進行開發。

MCGS組態軟件主要特性如下：（1）MCGS組態軟件有各種各樣的表現方式，如圖像、報表等，來呈現下位機系統的各種信息，增強用戶體驗效果。（2）完善的安全機制，用戶能夠根據自身需求來設定操作權限。（3）圖庫功能強大，具備多媒體支持和完善的繪圖工具，便于科研人員開發出美觀、生動的工程畫面。（4）利用數據庫進行數據存儲、管理與處理，組態時，生成的組態結果為數據庫，運行時，數據對象的存儲亦為一個數據庫。（5）升級版ActiveX動畫構件，包括通用棒圖。

2.2 MCGS的組態

在MCGS 組態軟件中，數據對象由事件性、數值型、字符型、開關型、組對象5種類型組成[3]。數據對象是構成實時數據庫的基本單元，建立定義數據對象的過程即為建立實時數據庫的過程。定義數據對象的內容主要包括：指定數據對象的類型、名稱、數值范圍與初始值，確定與數據對象存盤相關的參數，如存盤的保存期限和時間范圍等。本工程總共定義、設置了110個數據對象，這其中包括60個數值型，16個組對象以及34個開關型。以下介紹本監控系統數據對象的定義步驟：（1）數值型對象設置：以“二氧化碳濃度1”為例。基本屬性設置中，把對象類型設置為：數值；把對象名稱設置為：c1；其他內容保持不變。（2）開關型對象設置：以“熱風爐1”對象為例。屬性設置中，將對象類型選擇“開關”；將對象名稱設置為熱風爐1；其他屬性保持不變。（3）組對象屬性設置：設置基本屬性中，將對象類型設置為：組對象；把對象名稱設置為：空氣溫度；其他項目保持不變。在設置“組對象成員”對話框中，右邊“組對象成員列表”窗口頁，用來定義組對象成員。

3 食用菌制菌環境上位機監控系統設計

本監控系統的上位機由遠程監控室PC機和制菌室監控屏兩部分組成，而這兩部分的上位機界面是一致的，故這里只針對制菌室監控屏部分進行介紹。選用MCGS組態軟件來完成上位機部分的設計開發，實現工作界面顯示、工作日志查詢、參數查看、系統設置等功能，實驗數據在天津中德職業技術學院實驗室測得。系統功能結構圖如圖2所示。食用菌制菌環境監控系統以ZigBee無線傳輸模塊為下位機，利用MCGS組態軟件開發出上位機人機交換界面。MCGS組態軟件開發的監控系統由監控窗口、用戶管理、主功能選擇、通訊測試、曲線報表、打印保存窗口以及報警等用戶窗口組成。

3.1 主工作界面設計及實現

在工作界面下，養殖人員可以準確地掌握整個系統當前各部分工作運行情況。在狀態欄下選擇不同時間階段，就能夠顯示每個參數的上下限范圍；在工作界面下，還可以查看制菌室內的平均濕度、二氧化碳濃度、平均溫度，以及各點的實時參數值；通過觀察制菌架上端以及管道內是否有藍色水流流動來判斷噴淋系統是否處于工作狀態，通過觀察風扇葉片是否轉動來判斷通風系統是否處于工作狀態，通過觀察地面上方管道內是否有紅色水流流動來判斷空調控溫系統是否處于工作狀態。點擊工作界面上的熱風爐、水井泵、風扇的圖標，可分別關閉或開啟空調控溫系統、噴淋系統以及通風系統。系統工作主界面顯示圖如圖3所示。

3.2 系統設置界面設計及實現

系統參數設置界面如圖4所示。針對不同階段不同溫度的要求，黑木耳制菌期由四個階段組成：接種后的1～7天應將室內溫度保持在25℃～27℃，有益于菌種的定植；8～15天將制菌室內溫度降至23℃～25℃，來加快菌絲的生長繁殖；在第16～35天將室內溫度維持在21℃～23℃以繼續培養；在最后15天的培養時間里，室溫應降至19℃～21℃。而二氧化碳濃度和濕度兩個參數在整個制菌期內要求的范圍是恒定的。在系統設置界面下，可設置四個階段的溫度上下限，以及二氧化碳濃度、濕度上下限，還可以修改存儲數據的時間間隔。

3.3 工作日志查詢界面設計及實現

本食用菌栽培環境監控系統的數據傳遞過程較為復雜，信息量較大， MCGS組態軟件強大的實時數據庫使實時信息的存儲工作得到可靠保障，有利于工作日志查詢的順利進行。制菌室內各參數的變化對菌種生長的產量與質量將產生直接影響，養殖人員能夠利用工作日志對環境參數進行分析，從而進行有效的指導生產工作。制菌室第一階段工作日志分別如圖5所示。

3.4 參數報警界面設計及實現

針對制菌室內采集的二氧化碳濃度、空氣溫濕度等環境參數進行超限報警模式設置，一旦參數超出設置的上下限定值范圍，監控系統將立即發出報警提示并同時保存報警信息。

3.5 實時數據處理

上位機實時監控系統的各個組成部分以實時數據作為數據共用區進行處理、交換數據，并以事件的方式將其發送至系統的其它關聯部分，從而觸發相關事件對實時數據進行處理。為了能夠實現主工作界面動畫的全部功能，系統將對制菌室內的二氧化碳濃度以及空氣溫濕度等模擬量參數進行實時采集、監控，先按照表1所示在上位機的實時數據庫中建立起相應的模擬變量監測控制變量，同時設置報警范圍，將協調器與監控變量進行數據連接，關聯用戶界面動畫構件與對應變量。

4 結束語

文章介紹的基于MCGS的食用菌制菌環境上位機監控系統，利用組態軟件MCGS實現系統的實時監測與控制，解決了原始制菌生產中人工工作量大、可靠性低以及通用性差等一系列問題。經運行，系統可靠、穩定，達到了設計的最終目的。本系統的設計技術及經驗相對于其他農業實時監控網絡的組建有一定的借鑒及應用價值。

參考文獻

[1]Yang Xiang，Shilong Xue.The Marine Alarm and Monitoring System Based on Configuration Software MCGS.2011 International Conference in Electrics，Communication and Automatic Control Proceedings，June 23-24，2011[C].Chongqing：Springer，1649-1658.

[2]余曉華.MCGS組態軟件配方的改進及在硫化行業的應用[D].北

京：中國地質大學，2009.

[3]高靜.基于MCGS的上位機監控系統設計與實現[J].太赫茲科學與電子信息學報，2014，12（2）：299-303.