基于MCGS的食用菌制菌環(huán)境上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：為及時(shí)有效獲取食用菌制菌室內(nèi)各環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及控制情況，提高環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可視性及優(yōu)化參數(shù)配置，本設(shè)計(jì)結(jié)合MCGS組態(tài)開(kāi)發(fā)了一套食用菌制菌環(huán)境上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)用戶(hù)界面建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接變量，應(yīng)用腳本語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)多種窗口功能以及實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)演示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)食用菌制菌環(huán)境的實(shí)時(shí)管理與監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：食用菌制菌；遠(yuǎn)程監(jiān)控；MCGS

引言

隨著計(jì)算機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和迅速提高的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化水平，人們對(duì)農(nóng)業(yè)信息化、自動(dòng)化提出了更高的要求，越來(lái)越多種類(lèi)的監(jiān)控裝置與控制設(shè)備被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，使得傳統(tǒng)的控制軟件已經(jīng)無(wú)法達(dá)到用戶(hù)的眾多需求。通用自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際問(wèn)題提供了一種嶄新的方法。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如今，在自動(dòng)化領(lǐng)域中，監(jiān)控組態(tài)軟件產(chǎn)生的影響是與日俱增，應(yīng)用更是屢見(jiàn)不鮮，尤其是在數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控方面，很多系統(tǒng)已經(jīng)離不開(kāi)組態(tài)軟件。MCGS組態(tài)軟件作為本監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)部分，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化，設(shè)計(jì)出一個(gè)直觀而簡(jiǎn)潔的監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)交換界面。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的上位機(jī)由遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)的PC機(jī)和制菌現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控觸摸屏兩部分組成，這樣使得工作人員無(wú)論身在監(jiān)控室內(nèi)還是現(xiàn)場(chǎng)，都能夠?qū)崟r(shí)了解掌握系統(tǒng)的全部信息，如查看工作日志、各點(diǎn)參數(shù)值、系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)，對(duì)參數(shù)控制范圍進(jìn)行設(shè)置，控制通風(fēng)系統(tǒng)、噴淋、空調(diào)的開(kāi)關(guān)，完成整套系統(tǒng)的監(jiān)控工作。

2 上位機(jī)MCGS軟件

2.1 MCGS組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

MCGS（Monitor and Control Generated System）組態(tài)軟件能夠在較短時(shí)間內(nèi)建立有效上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)[1]。它是一款計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，分為網(wǎng)絡(luò)版、嵌入版和通用版三個(gè)版本，操作便捷、功能全面，為實(shí)時(shí)監(jiān)控領(lǐng)域提供可靠服務(wù)[2]。MCGS工程連接圖如圖1所示。每個(gè)版本的組態(tài)軟件均由兩個(gè)環(huán)境組成，即運(yùn)行環(huán)境與組態(tài)環(huán)境（開(kāi)發(fā)環(huán)境）。網(wǎng)絡(luò)版的客戶(hù)端可以通過(guò)IE6.0以上版本的瀏覽器瀏覽界面；嵌入版能夠運(yùn)行于嵌入式操作系統(tǒng)Wince.net；通用版則完成多任務(wù)信息采集與調(diào)控。本系統(tǒng)選擇通用版與嵌入版兩個(gè)版本對(duì)遠(yuǎn)程PC機(jī)和監(jiān)控屏進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

MCGS組態(tài)軟件主要特性如下：（1）MCGS組態(tài)軟件有各種各樣的表現(xiàn)方式，如圖像、報(bào)表等，來(lái)呈現(xiàn)下位機(jī)系統(tǒng)的各種信息，增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)效果。（2）完善的安全機(jī)制，用戶(hù)能夠根據(jù)自身需求來(lái)設(shè)定操作權(quán)限。（3）圖庫(kù)功能強(qiáng)大，具備多媒體支持和完善的繪圖工具，便于科研人員開(kāi)發(fā)出美觀、生動(dòng)的工程畫(huà)面。（4）利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理與處理，組態(tài)時(shí)，生成的組態(tài)結(jié)果為數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)對(duì)象的存儲(chǔ)亦為一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。（5）升級(jí)版ActiveX動(dòng)畫(huà)構(gòu)件，包括通用棒圖。

2.2 MCGS的組態(tài)

在MCGS 組態(tài)軟件中，數(shù)據(jù)對(duì)象由事件性、數(shù)值型、字符型、開(kāi)關(guān)型、組對(duì)象5種類(lèi)型組成[3]。數(shù)據(jù)對(duì)象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立定義數(shù)據(jù)對(duì)象的過(guò)程即為建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程。定義數(shù)據(jù)對(duì)象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)對(duì)象的類(lèi)型、名稱(chēng)、數(shù)值范圍與初始值，確定與數(shù)據(jù)對(duì)象存盤(pán)相關(guān)的參數(shù)，如存盤(pán)的保存期限和時(shí)間范圍等。本工程總共定義、設(shè)置了110個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，這其中包括60個(gè)數(shù)值型，16個(gè)組對(duì)象以及34個(gè)開(kāi)關(guān)型。以下介紹本監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)象的定義步驟：（1）數(shù)值型對(duì)象設(shè)置：以“二氧化碳濃度1”為例。基本屬性設(shè)置中，把對(duì)象類(lèi)型設(shè)置為：數(shù)值；把對(duì)象名稱(chēng)設(shè)置為：c1；其他內(nèi)容保持不變。（2）開(kāi)關(guān)型對(duì)象設(shè)置：以“熱風(fēng)爐1”對(duì)象為例。屬性設(shè)置中，將對(duì)象類(lèi)型選擇“開(kāi)關(guān)”；將對(duì)象名稱(chēng)設(shè)置為熱風(fēng)爐1；其他屬性保持不變。（3）組對(duì)象屬性設(shè)置：設(shè)置基本屬性中，將對(duì)象類(lèi)型設(shè)置為：組對(duì)象；把對(duì)象名稱(chēng)設(shè)置為：空氣溫度；其他項(xiàng)目保持不變。在設(shè)置“組對(duì)象成員”對(duì)話(huà)框中，右邊“組對(duì)象成員列表”窗口頁(yè)，用來(lái)定義組對(duì)象成員。

3 食用菌制菌環(huán)境上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)由遠(yuǎn)程監(jiān)控室PC機(jī)和制菌室監(jiān)控屏兩部分組成，而這兩部分的上位機(jī)界面是一致的，故這里只針對(duì)制菌室監(jiān)控屏部分進(jìn)行介紹。選用MCGS組態(tài)軟件來(lái)完成上位機(jī)部分的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)工作界面顯示、工作日志查詢(xún)、參數(shù)查看、系統(tǒng)設(shè)置等功能，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室測(cè)得。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。食用菌制菌環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以ZigBee無(wú)線傳輸模塊為下位機(jī)，利用MCGS組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)出上位機(jī)人機(jī)交換界面。MCGS組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控窗口、用戶(hù)管理、主功能選擇、通訊測(cè)試、曲線報(bào)表、打印保存窗口以及報(bào)警等用戶(hù)窗口組成。

3.1 主工作界面設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

在工作界面下，養(yǎng)殖人員可以準(zhǔn)確地掌握整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前各部分工作運(yùn)行情況。在狀態(tài)欄下選擇不同時(shí)間階段，就能夠顯示每個(gè)參數(shù)的上下限范圍；在工作界面下，還可以查看制菌室內(nèi)的平均濕度、二氧化碳濃度、平均溫度，以及各點(diǎn)的實(shí)時(shí)參數(shù)值；通過(guò)觀察制菌架上端以及管道內(nèi)是否有藍(lán)色水流流動(dòng)來(lái)判斷噴淋系統(tǒng)是否處于工作狀態(tài)，通過(guò)觀察風(fēng)扇葉片是否轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)判斷通風(fēng)系統(tǒng)是否處于工作狀態(tài)，通過(guò)觀察地面上方管道內(nèi)是否有紅色水流流動(dòng)來(lái)判斷空調(diào)控溫系統(tǒng)是否處于工作狀態(tài)。點(diǎn)擊工作界面上的熱風(fēng)爐、水井泵、風(fēng)扇的圖標(biāo)，可分別關(guān)閉或開(kāi)啟空調(diào)控溫系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)。系統(tǒng)工作主界面顯示圖如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)設(shè)置界面設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示。針對(duì)不同階段不同溫度的要求，黑木耳制菌期由四個(gè)階段組成：接種后的1～7天應(yīng)將室內(nèi)溫度保持在25℃～27℃，有益于菌種的定植；8～15天將制菌室內(nèi)溫度降至23℃～25℃，來(lái)加快菌絲的生長(zhǎng)繁殖；在第16～35天將室內(nèi)溫度維持在21℃～23℃以繼續(xù)培養(yǎng)；在最后15天的培養(yǎng)時(shí)間里，室溫應(yīng)降至19℃～21℃。而二氧化碳濃度和濕度兩個(gè)參數(shù)在整個(gè)制菌期內(nèi)要求的范圍是恒定的。在系統(tǒng)設(shè)置界面下，可設(shè)置四個(gè)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(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。

3.3 工作日志查詢(xún)界面設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

本食用菌栽培環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程較為復(fù)雜，信息量較大， MCGS組態(tài)軟件強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)使實(shí)時(shí)信息的存儲(chǔ)工作得到可靠保障，有利于工作日志查詢(xún)的順利進(jìn)行。制菌室內(nèi)各參數(shù)的變化對(duì)菌種生長(zhǎng)的產(chǎn)量與質(zhì)量將產(chǎn)生直接影響，養(yǎng)殖人員能夠利用工作日志對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析，從而進(jìn)行有效的指導(dǎo)生產(chǎn)工作。制菌室第一階段工作日志分別如圖5所示。

3.4 參數(shù)報(bào)警界面設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

針對(duì)制菌室內(nèi)采集的二氧化碳濃度、空氣溫濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行超限報(bào)警模式設(shè)置，一旦參數(shù)超出設(shè)置的上下限定值范圍，監(jiān)控系統(tǒng)將立即發(fā)出報(bào)警提示并同時(shí)保存報(bào)警信息。

3.5 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理

上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)組成部分以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)共用區(qū)進(jìn)行處理、交換數(shù)據(jù)，并以事件的方式將其發(fā)送至系統(tǒng)的其它關(guān)聯(lián)部分，從而觸發(fā)相關(guān)事件對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。為了能夠?qū)崿F(xiàn)主工作界面動(dòng)畫(huà)的全部功能，系統(tǒng)將對(duì)制菌室內(nèi)的二氧化碳濃度以及空氣溫濕度等模擬量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控，先按照表1所示在上位機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立起相應(yīng)的模擬變量監(jiān)測(cè)控制變量，同時(shí)設(shè)置報(bào)警范圍，將協(xié)調(diào)器與監(jiān)控變量進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，關(guān)聯(lián)用戶(hù)界面動(dòng)畫(huà)構(gòu)件與對(duì)應(yīng)變量。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹的基于MCGS的食用菌制菌環(huán)境上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，利用組態(tài)軟件MCGS實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，解決了原始制菌生產(chǎn)中人工工作量大、可靠性低以及通用性差等一系列問(wèn)題。經(jīng)運(yùn)行，系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)的最終目的。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)相對(duì)于其他農(nóng)業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的組建有一定的借鑒及應(yīng)用價(jià)值。

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