基于MCGS的食用菌制菌环境上位机监控系统设计

摘 要：为及时有效获取食用菌制菌室内各环境参数的实时动态、环境调控系统运行状态及控制情况，提高环境监控系统可视性及优化参数配置，本设计结合MCGS组态开发了一套食用菌制菌环境上位机远程监控系统。通过用户界面建立实时数据库链接变量，应用脚本语言实现多种窗口功能以及实时动画演示，实现了对食用菌制菌环境的实时管理与监控。

关键词：食用菌制菌；远程监控；MCGS

引言

随着计算机在农业领域的广泛应用和迅速提高的农业自动化水平，人们对农业信息化、自动化提出了更高的要求，越来越多种类的监控装置与控制设备被应用于农业领域，使得传统的控制软件已经无法达到用户的众多需求。通用自动化组态软件的出现为解决上述实际问题提供了一种崭新的方法。

1 系统整体结构设计

如今，在自动化领域中，监控组态软件产生的影响是与日俱增，应用更是屡见不鲜，尤其是在数据采集与远程监控方面，很多系统已经离不开组态软件。MCGS组态软件作为本监控系统的上位机部分，实现了系统的自动化与智能化，设计出一个直观而简洁的监控系统人机交换界面。本系统设计的上位机由远程监控室内的PC机和制菌现场的监控触摸屏两部分组成，这样使得工作人员无论身在监控室内还是现场，都能够实时了解掌握系统的全部信息，如查看工作日志、各点参数值、系统动画，对参数控制范围进行设置，控制通风系统、喷淋、空调的开关，完成整套系统的监控工作。

2 上位机MCGS软件

2.1 MCGS组态软件结构与特点

MCGS（Monitor and Control Generated System）组态软件能够在较短时间内建立有效上位机监控系统，由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发[1]。它是一款计算机系统软件，分为网络版、嵌入版和通用版三个版本，操作便捷、功能全面，为实时监控领域提供可靠服务[2]。MCGS工程连接图如图1所示。每个版本的组态软件均由两个环境组成，即运行环境与组态环境（开发环境）。网络版的客户端可以通过IE6.0以上版本的浏览器浏览界面；嵌入版能够运行于嵌入式操作系统Wince.net；通用版则完成多任务信息采集与调控。本系统选择通用版与嵌入版两个版本对远程PC机和监控屏进行开发。

MCGS组态软件主要特性如下：（1）MCGS组态软件有各种各样的表现方式，如图像、报表等，来呈现下位机系统的各种信息，增强用户体验效果。（2）完善的安全机制，用户能够根据自身需求来设定操作权限。（3）图库功能强大，具备多媒体支持和完善的绘图工具，便于科研人员开发出美观、生动的工程画面。（4）利用数据库进行数据存储、管理与处理，组态时，生成的组态结果为数据库，运行时，数据对象的存储亦为一个数据库。（5）升级版ActiveX动画构件，包括通用棒图。

2.2 MCGS的组态

在MCGS 组态软件中，数据对象由事件性、数值型、字符型、开关型、组对象5种类型组成[3]。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立定义数据对象的过程即为建立实时数据库的过程。定义数据对象的内容主要包括：指定数据对象的类型、名称、数值范围与初始值，确定与数据对象存盘相关的参数，如存盘的保存期限和时间范围等。本工程总共定义、设置了110个数据对象，这其中包括60个数值型，16个组对象以及34个开关型。以下介绍本监控系统数据对象的定义步骤：（1）数值型对象设置：以“二氧化碳浓度1”为例。基本属性设置中，把对象类型设置为：数值；把对象名称设置为：c1；其他内容保持不变。（2）开关型对象设置：以“热风炉1”对象为例。属性设置中，将对象类型选择“开关”；将对象名称设置为热风炉1；其他属性保持不变。（3）组对象属性设置：设置基本属性中，将对象类型设置为：组对象；把对象名称设置为：空气温度；其他项目保持不变。在设置“组对象成员”对话框中，右边“组对象成员列表”窗口页，用来定义组对象成员。

3 食用菌制菌环境上位机监控系统设计

本监控系统的上位机由远程监控室PC机和制菌室监控屏两部分组成，而这两部分的上位机界面是一致的，故这里只针对制菌室监控屏部分进行介绍。选用MCGS组态软件来完成上位机部分的设计开发，实现工作界面显示、工作日志查询、参数查看、系统设置等功能，实验数据在天津中德职业技术学院实验室测得。系统功能结构图如图2所示。食用菌制菌环境监控系统以ZigBee无线传输模块为下位机，利用MCGS组态软件开发出上位机人机交换界面。MCGS组态软件开发的监控系统由监控窗口、用户管理、主功能选择、通讯测试、曲线报表、打印保存窗口以及报警等用户窗口组成。

3.1 主工作界面设计及实现

在工作界面下，养殖人员可以准确地掌握整个系统当前各部分工作运行情况。在状态栏下选择不同时间阶段，就能够显示每个参数的上下限范围；在工作界面下，还可以查看制菌室内的平均湿度、二氧化碳浓度、平均温度，以及各点的实时参数值；通过观察制菌架上端以及管道内是否有蓝色水流流动来判断喷淋系统是否处于工作状态，通过观察风扇叶片是否转动来判断通风系统是否处于工作状态，通过观察地面上方管道内是否有红色水流流动来判断空调控温系统是否处于工作状态。点击工作界面上的热风炉、水井泵、风扇的图标，可分别关闭或开启空调控温系统、喷淋系统以及通风系统。系统工作主界面显示图如图3所示。

3.2 系统设置界面设计及实现

系统参数设置界面如图4所示。针对不同阶段不同温度的要求，黑木耳制菌期由四个阶段组成：接种后的1～7天应将室内温度保持在25℃～27℃，有益于菌种的定植；8～15天将制菌室内温度降至23℃～25℃，来加快菌丝的生长繁殖；在第16～35天将室内温度维持在21℃～23℃以继续培养；在最后15天的培养时间里，室温应降至19℃～21℃。而二氧化碳浓度和湿度两个参数在整个制菌期内要求的范围是恒定的。在系统设置界面下，可设置四个阶段的温度上下限，以及二氧化碳浓度、湿度上下限，还可以修改存储数据的时间间隔。

3.3 工作日志查询界面设计及实现

本食用菌栽培环境监控系统的数据传递过程较为复杂，信息量较大， MCGS组态软件强大的实时数据库使实时信息的存储工作得到可靠保障，有利于工作日志查询的顺利进行。制菌室内各参数的变化对菌种生长的产量与质量将产生直接影响，养殖人员能够利用工作日志对环境参数进行分析，从而进行有效的指导生产工作。制菌室第一阶段工作日志分别如图5所示。

3.4 参数报警界面设计及实现

针对制菌室内采集的二氧化碳浓度、空气温湿度等环境参数进行超限报警模式设置，一旦参数超出设置的上下限定值范围，监控系统将立即发出报警提示并同时保存报警信息。

3.5 实时数据处理

上位机实时监控系统的各个组成部分以实时数据作为数据共用区进行处理、交换数据，并以事件的方式将其发送至系统的其它关联部分，从而触发相关事件对实时数据进行处理。为了能够实现主工作界面动画的全部功能，系统将对制菌室内的二氧化碳浓度以及空气温湿度等模拟量参数进行实时采集、监控，先按照表1所示在上位机的实时数据库中建立起相应的模拟变量监测控制变量，同时设置报警范围，将协调器与监控变量进行数据连接，关联用户界面动画构件与对应变量。

4 结束语

文章介绍的基于MCGS的食用菌制菌环境上位机监控系统，利用组态软件MCGS实现系统的实时监测与控制，解决了原始制菌生产中人工工作量大、可靠性低以及通用性差等一系列问题。经运行，系统可靠、稳定，达到了设计的最终目的。本系统的设计技术及经验相对于其他农业实时监控网络的组建有一定的借鉴及应用价值。

参考文献

[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]余晓华.MCGS组态软件配方的改进及在硫化行业的应用[D].北

京：中国地质大学，2009.

[3]高静.基于MCGS的上位机监控系统设计与实现[J].太赫兹科学与电子信息学报，2014，12（2）：299-303.