聚氨酯树脂反应釜信息系统设计与应用

王华强，李 展

(合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽 合肥 230009)

聚氨酯树脂反应釜信息系统设计与应用

王华强，李 展

(合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽 合肥 230009)

以聚氨酯树脂反应釜监控系统为背景，针对工人设置配方费时费力且容易出错、生产操作过程无法追溯等问题，设计了基于组态王和数据库的信息化系统。系统使用以太网完成生产过程中各参数的实时传递；使用数据库技术对反应釜生产过程中的信息进行存储和处理；运用DDE通信协议完成对Excel文件的读取，使系统可以直接读取Excel配方表，无需工人手动设置配方；增加了Web技术的应用，使企业的上层管理人员可以实时了解生产状况。该系统不仅能安全可靠地通信、快速采集数据和处理数据、准确实时地监控设备和显示生产进度，而且可以在未来不断更新和扩展功能，以满足企业对生产的更高要求。生产实践表明，该系统可以大大降低工人劳动强度，减少工人的操作失误，提高生产质量，增加企业的经济效益。

聚氨酯树脂； 反应釜； 组态王； 数据库； 远程监控； 信息化

0 引言

聚氨酯树脂(polyurethane,PU)生产过程中，需要按照提前给定的配方表，把多种原料按顺序加入反应釜，然后在反应釜中进行搅拌加工得到所需产品[1]。其中，对原料的加入质量和加入顺序要求非常高。如果加入原料时出现差错，就会对产品质量产生很大的影响。原来的聚氨酯树脂反应釜监控系统，要求工人按照配方表在可视化界面上手动控制，将本次生产所需的原料依次加入。这种方式下，工人有可能因为疏忽而出错，而且原系统无法把生产过程中工人的操作记录下来，无法进行问题追溯分析。

针对以上问题，本文在聚氨酯树脂反应釜监控系统的基础上，设计并实现了基于组态王和数据库的信息系统。工人可以在可视化界面从Excel表格中读取配方，并把配方保存在数据库中。生产过程中的信息和工人操作被记录到数据库中，以便进行问题的追溯分析。系统中增加了Web技术的应用，使企业的上层管理人员可以实时了解生产状况。该系统实现了数据采集智能化、生产透明化、监控实时化，有效提高了企业的生产效率[2]。

1 反应釜信息系统结构设计

以原聚氨酯树脂反应釜监控系统为基础，增加数据系统的设计，创建并维护一个数据库，用来保存生产过程中的参数和工人的具体操作。扩展组态王的界面和功能[3-4]，用来作为数据库的管理系统。反应釜信息系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

下位机PLC通过传感器与变送装置将反应釜的实时状态发送给上位机，通过继电器对阀门、泵、电机等执行部件进行控制[5]，并且把从上位机发送来的配方质量参数传送给托利多电子秤。上位机通过可视化界面对PLC传送来的参数进行实时显示，并把重要数据保存到数据库中。客户端使用组态王开发，主要作用是数据的采集与处理。数据服务器用来接收并保存客户端传送来的数据，并根据客户端的请求，发送相应的配方表、查询数据给客户端。

2 数据库系统设计

数据库系统是由数据库及其管理软件组成的系统。数据库系统是整个信息化系统运行的核心[6]，用于存储和处理反应釜运行过程的数据。本系统设计使用MySQL和组态王作为开发平台。

2.1 数据库表

数据库表的设计基于工厂的实际要求，主要包括基本信息、生产数据、配方三个部分。

①基本信息包含员工表、部门表和职位表，数据主要来源于上层管理系统数据库。因其数据量大、修改频率低、查询频率高等特点，可以建立表索引，便于快速查询所需信息。

②生产数据包含生产过程信息表、生产过程员工操作表，数据的来源主要是现场的各种传感器和工人的具体操作。这部分的数据采集频率高、数据量大，需要进行实时的存储和处理。生产过程信息表如表1所示。

表1 生产过程信息表

③配方是按工厂提供的各种配方建立配方表，供操作员直接查询和快速导入，免去手工设置的步骤，减少出错的概率。由于配方表是提前设定好的，很少进行修改，主要用于查询，所以建立表索引，便于快速查询所需配方。配方表如表2所示。

表2 配方表

2.2 数据库管理设计

组态王作为一个国内组态软件的品牌，不仅自己有历史库，而且只需要简单的配置就能和关系数据完成数据的交互[7-8]。为了缩短系统的开发周期，直接选用组态王作为数据库管理系统的开发软件。

组态王和关系数据库数据交互必须借助于开放数据库连接(open database connectivity,ODBC)[9]，所以要建立组态王与某个关系库连接，必须保证装有组态王的机器上有对应数据库的ODBC驱动。数据交互的结构框图如图2所示。

图2 数据交互的结构框图

Fig.2 The block diagram of data interaction

首先在系统ODBC数据源中添加数据库。然后通过组态王SQL访问管理器和SQL函数实现各种操作。

组态王SQL访问管理器用来建立数据库列和组态王变量之间的联系。通过表格模板在数据库中创建表格，通过记录体建立数据库表格列和组态王之间的联系，允许组态王通过记录体直接操纵数据库中的数据。

组态王SQL函数可以在组态王的任意一种命令语言中调用。这些函数用来建立和断开连接，创建表格，插入、删除记录，查询记录等操作。

①连接mysql数据库。使用组态王SQL函数SQLConnect(DeviceID,"dsn=;database=;uid=;pwd=")，其中DeviceID是组态王与mysql数据库连接的标志，dsn是ODBC中定义的数据源名，database是mysql数据库中，需要与组态王建立连接的数据库名称，uid和pwd分别是用户名和密码。

②断开连接。通过SQLDisconnect(DeviceID)函数，断开与mysql数据库的连接。

③创建和删除表格。创建表格函数SQLCreatTable(DeviceID,"DataTable","TableTemplate")，DataTable是将要创建的数据库表格名，TableTemplate是表格模板名。删除表格函数SQLDropTable(DeviceID,"Table")，Table是数据库中表格的名称。

④插入记录。SQLInsert(DeviceID,"TableName","BindList")，DeviceID是组态王与mysql数据库连接的标志，TableName是需要访问的数据库表名，BindList为组态王中定义的记录体。该命令使用记录体BindList中的定义，在表格TableName中插入一个新的记录。

⑤删除记录。SQLDelete(DeviceID,"TableName","WhereExpr")，DeviceID是组态王与mysql数据库连接的标志，TableName是需要访问的数据库表名，WhereExpr是指定函数起作用行的条件。如果列名是字符串，表达式必须在单引号中。

⑥查询记录。使用SQLSelect()函数访问数据库，得到一个特定的选择集。选择集中的记录可以由SQLFirst()、SQLNext()、SQLPrev()、SQLLast()等函数访问。具体格式为SQLSelect(DeviceID,"TableName","BindList","WhereExpr","OrderByExpr")，TableName为表格名称，BindList是组态王中定义的记录体，WhereExpr是指定函数起作用行的条件，OrderByExpr是定义排序的列和方向。

3 DDE协议读取Excel配方表

工厂中的工艺人员习惯于使用Excel表格来管理配方，完成配方的制定和修改，然后传送给各车间。车间按照指定配方手动设置参数，进行所需产品的生产。这种方法不仅费时费力，而且容易出错。所以本系统增加了读取Excel配方表的功能，直接快速、准确地完成参数的设置，提高了生产效率。

3.1 DDE通信协议

动态数据交换机制(dynamic data exchange,DDE)是Windows平台上的一个完整的通信协议，它使支持动态数据交换的两个程序能彼此交换数据[10]。一个应用程序作为客户机请求信息，另一个应用程序作为服务器处理信息。客户机应用程序向服务器应用程序发送一条消息请求信息，服务器应用程序根据该信息作出应答，从而实现两个程序之间的数据交换[11]。DDE对话的内容是通过三个标志名来约定的。

①应用程序名(application),进行DDE对话的双方的名称。组态王运行系统的程序名是“VIEW”；Microsoft Excel的应用程序名是“Excel”。

②主题(topic),被讨论的数据域。组态王的主题规定为“tagname”；Excel的主题名是电子表格的名称，如sheet1、sheet2 ……

③项目(item),被讨论的特定数据对象(domain)。在组态王定义I/O变量的同时，也定义项目名称。Excel里的项目是单元，比如 r1c2(r1c2表示第一行、第二列的单元)。

3.2 组态王读取Excel表格

组态王读取Excel表格时，组态王程序作为客户机，Excel应用程序作为服务器。具体实现步骤如下。

①在组态王中定义DDE设备。在工程浏览器中，选择新建“设备DDE”，设置服务程序名为Excel，话题名为sheet1，数据交换方式选择标准Windows DDE交换。

②在组态王数据词典中定义变量。新建多个I/O实型变量，用来关联Excel表中多个单元格。例如变量名为物料1名称、项目名为r2c1和变量名为物料1质量、项目名为r2c2的两个变量，分别与Excel第二行第一列的单元格和第二行第二列的单元格进行关联。

③制作组态王界面。该界面可以关联Excel表格，并且含有按配方表生产的操作按钮。配方中没有使用到的物料所对应的按钮无法操作，配方中含有的物料所对应的按钮使能，工人可以进行相关操作，这样可以避免工人的误操作。

4 Web技术应用

为了使用户可以方便地查看每日生产信息，系统加入了Web技术进行信息发布[12]。组态王提供了For Internet应用版本——组态王Web版，支持Internet访问。组态王Web功能采用B/S结构，客户可以随时随地通过Internet实现远程监控。组态王进行Web画面发布时，浏览器端需要安装Microsoft Internet Explore 5.0以上的浏览器以及JRE插件。Web功能结构示意图如图3所示。

图3 Web功能结构示意图

具体Web界面发布步骤如下。

①Web发布的配置。在页面发布向导对话框中设置站点信息和LOGO信息，主要进行端口号的设置。端口号是指IE与运行系统进行网络连接的应用程序端口号，默认为8001。

②发布画面。在组态王的画面发布中，发布功能采用分组方式。将画面按照不同的功能分成多个组进行发布。每个组都有独立的安全访问设置，可以供不同的客户群浏览。在Web发布组配置中，设置组名称为AnliGroup，选中工艺画面和曲线画面为发布画面，选中身份验证选项。用户登录必须输入用户名和密码。

③在IE浏览器端浏览发布的画面。在进行IE浏览之前，首先需要添加信任站点，把进行组态王Web发布的机器名或IP地址添加到信任域中。然后在浏览器的地址栏中输入地址，地址格式为http://发布站点机器名(或IP地址)。组态王Web定义端口号，输入登录的用户名和密码，就可以浏览发布的画面。

工艺画面中包含了反应釜的各项参数(电机电流、温度、质量等)；生产的产品名称和生产所需的物料种类；系统处于手动状态或自动状态；各种故障提示。这些参数反映了整个反应釜的生产状况，所以对工艺画面的发布，使上层管理人员不必走到车间，在自己的办公室使用浏览器浏览发布的工艺画面，就可以实时了解到反应釜的生产情况。这样有利于上层管理人员对生产进度的把控，便于生产的管理。

5 结束语

本文设计了基于组态王和数据库的反应釜信息系统，并在聚氨酯树脂反应釜监控系统中得到了实现。配方功能的增加降低了工人的出错率和工作量，提高了企业的整体效益。Web功能的运用使上层管理人员可以实时了解生产情况，更加便于生产管理。整个系统利用以太网和数据库技术实现上层管理系统和下层系统的衔接、信息采集与交互、远程监控等多种功能。本文以聚氨酯树脂反应釜监控系统为背景，实现了系统的升级，完成了反应釜信息系统的设计，具有开发周期短、系统功能完善、实用性强等特点，对类似的系统开发具有参考意义。

[1] 俞金寿,顾幸生.过程控制工程[M].北京:高等教育出版社,2012:4-24.

[2] 刘月刚,马崇启.竹节纱工艺管理信息系统的开发与应用[J].纺织学报,2013,34(10):141-145.

[3] 杨临.PLC和组态王在机房监控中的应用[J].现代制造技术与装备,2016(10):144-145.

[4] 刘敏,徐丽.组态在PLC控制中的应用[J].电脑编程技巧与维护,2016(6):95-96.

[5] 王华强,侯雷.聚氨酯树脂反应釜监控系统设计与实现[J].安徽大学学报,2015,39(4):38-42.

[6] 刘文浩,包亚萍,童国道.空调生产线信息化系统设计与应用[J].组合机床与自动化加工技术,2016(9):78-81.

[7] 张艳丽,潘越,曹杰.组态王数据库技术在煤矿通风机监控系统中的应用[J].煤矿机电,2014(6):81-83.

[8] 唐明媚,唐孝蓉.基于PLC与组态王的生产进程数据库系统设计[J].机床与液压,2014(2):115-116.

[9] 张辉,张贵军,王龙龙,等.造纸过程中加药信息控制信息集成系统[J].计算机工程,2008,34(14):256-258．

[10]刘增祥,夏益青.DDE与OPC技术在工业自动化系统中的应用[J].可编程控制器与工厂自动化,2008(1):67-71.

[11]田虎,杨承志.基于DDE和组态软件的控制系统仿真研究[J].自动化仪表,2009(2):11-14.

[12]王华强,高孝涛.基于组态王的Web信息发布系统[J].化工自动化及仪表,2015(11):1263-1265.

Design and Application of the Information System for Polyurethane Resin Reactor

WANG Huaqiang,LI Zhan

(School of Electric Engineering and Automation,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)

With the monitoring system of polyurethane resin reactor as the background,to solve the problems,such as time-consuming and error-prone for manual setup the formulas,and impossible to trace the operation of the production process,the informatizationsystem based on Kingview and database is designed.In the system,Ethernet is used to complete the real-time transmission of the parameters in production process;the database technology is used to store and process information of process of the reactor;and DDE communication protocol is applied to complete read and write of Excel files.In order to avoid setting up formulas manually,this system can directly read Excel formula table.In addition,application of Web technology is added,thus the management staff at high level in enterprise can master the status of production in real-time.The system can not only realize safe and reliable communication,rapid data acquisition and processing,accurate real-time monitoring the device and display production progress,but also can constantly update and extend the functionality in the future,to satisfy the higher productive requirements of enterprise.Production practice shows that the use of the system can greatly reduce labor intensity and the operational errors of operators,improve production quality and increase economic benefits of enterprise.

Polyurethane resin; Reactor; Kingview; Database; Remote monitoring; Informatization

合肥工业大学产学研校企合作基金资助项目(12-069、13-214)

王华强(1963—)，男，硕士，副教授，主要研究领域为工业过程控制。E-mail：wang_hua_qiang@163.com。

TH39；TP273

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201705010

修改稿收到日期：2017-02-20