配方入库

"配方" 是设备侧可参数化的工艺集合 — 改一组参数就切换到另一种产品。本页讲如何把配方存到数据库, 让多个工位共享同一套配方, 并提供版本化和审计能力。

配方是设备参数, 不是业务数据

配方由工艺员/工程师维护, 面向"温度/压力/速度/停留时间"等物理参数, 不是订单/库存/客户等业务数据。上位系统 (ERP/PLM 等) 可以把产品对应的工艺参数定期导出到配方表, 但配方表本身只服务于设备 — 读入 PLC 驱动实际工艺。写回仅限换型审计一行, 不频繁写。

典型场景

一条饮料线生产多种口味, 每种口味一套温度/压力/灌装量配方
一台注塑机换模具时换工艺参数
一台焊接机按不同工件自动调节电流/时间/气压
多工位的同一产线共享一份全局配方库

场景需求分析

典型配方管理需求:

需求	实现
存一堆参数, 随时修改	SQL 表
工程师在上位改, 现场 PLC 立即生效	数据库 + PLC 周期读
多个配方可切换	配方表 + 配方 ID 字段
改配方要留痕	版本表 + 审计表
换配方时停机 / 在线切换	PLC 程序时序
给不同工位下发不同配方	配方按工位关联

表结构设计

基础配方表

CREATE TABLE recipes (
    id          INT PRIMARY KEY IDENTITY(1,1),
    code        VARCHAR(32) NOT NULL UNIQUE,
    name        NVARCHAR(64) NOT NULL,
    description NVARCHAR(256),
    category    VARCHAR(32),
    
    -- 工艺参数
    temperature REAL,
    pressure    REAL,
    speed       REAL,
    dwell_time  INT,            -- 保压时间, 秒
    heating_time INT,
    
    -- 版本与状态
    version     INT NOT NULL DEFAULT 1,
    is_active   BIT NOT NULL DEFAULT 0,
    is_approved BIT NOT NULL DEFAULT 0,
    
    -- 审计字段
    created_by  VARCHAR(32),
    created_at  DATETIME DEFAULT GETDATE(),
    updated_by  VARCHAR(32),
    updated_at  DATETIME,
    approved_by VARCHAR(32),
    approved_at DATETIME
);

CREATE INDEX idx_recipes_code ON recipes(code);
CREATE INDEX idx_recipes_active ON recipes(is_active) WHERE is_active = 1;

关键设计点:

code 作为业务键, 便于跨库迁移
is_active 标记当前激活
is_approved 审批工作流
审计三元组 (created/updated/approved)

版本历史表

每次修改都写入版本表, 便于回滚和审计:

CREATE TABLE recipe_versions (
    version_id    INT PRIMARY KEY IDENTITY(1,1),
    recipe_id     INT NOT NULL FOREIGN KEY REFERENCES recipes(id),
    version       INT NOT NULL,
    
    -- 参数快照
    temperature   REAL,
    pressure      REAL,
    speed         REAL,
    dwell_time    INT,
    heating_time  INT,
    
    -- 变更信息
    changed_by    VARCHAR(32),
    changed_at    DATETIME DEFAULT GETDATE(),
    change_reason NVARCHAR(256),
    
    UNIQUE (recipe_id, version)
);

修改 recipes 时触发器或应用层同步写入版本表:

CREATE TRIGGER tg_recipes_version
ON recipes
AFTER UPDATE AS
BEGIN
    INSERT INTO recipe_versions(recipe_id, version, temperature, pressure, 
                                 speed, dwell_time, heating_time, 
                                 changed_by, change_reason)
    SELECT i.id, i.version, i.temperature, i.pressure, 
           i.speed, i.dwell_time, i.heating_time,
           i.updated_by, 'Auto-version on update'
    FROM inserted i;
END;

切换审计表

每次配方切换都要留痕, 用于事后可追溯 (换型谁做的 / 何时 / 换前换后配方):

CREATE TABLE recipe_changeover_log (
    log_id      INT PRIMARY KEY IDENTITY(1,1),
    station     VARCHAR(32) NOT NULL,
    from_code   VARCHAR(32),
    to_code     VARCHAR(32) NOT NULL,
    from_version INT,
    to_version  INT NOT NULL,
    operator    VARCHAR(32),
    reason      NVARCHAR(256),
    ts          DATETIME DEFAULT GETDATE(),
    ok          BIT DEFAULT 1,       -- 切换是否成功
    error_msg   NVARCHAR(256)
);

CREATE INDEX idx_changeover_station_ts ON recipe_changeover_log(station, ts);

多工位关联表

多个 PLC 工位, 每个工位可能用不同配方:

CREATE TABLE stations (
    id          VARCHAR(32) PRIMARY KEY,
    line        VARCHAR(32),
    name        NVARCHAR(64),
    description NVARCHAR(256)
);

CREATE TABLE station_recipe (
    station_id  VARCHAR(32) FOREIGN KEY REFERENCES stations(id),
    recipe_id   INT FOREIGN KEY REFERENCES recipes(id),
    assigned_at DATETIME DEFAULT GETDATE(),
    PRIMARY KEY (station_id)
);

每个工位在 station_recipe 里只有一条记录, 对应当前激活配方。

PLC 侧实现

数据结构

工程里建 UDT 对应配方表:

TYPE T_Recipe :
STRUCT
    Id            : DINT;
    Code          : STRING[32];
    Name          : STRING[64];
    
    (* 工艺参数 *)
    Temperature   : REAL;
    Pressure      : REAL;
    Speed         : REAL;
    DwellTime     : INT;
    HeatingTime   : INT;
    
    (* 元信息 *)
    Version       : INT;
    IsActive      : BOOL;
    IsApproved    : BOOL;
END_STRUCT
END_TYPE

以及一个全局 DB 存当前激活配方:

DATA_BLOCK DB_CurrentRecipe
VAR
    Recipe : T_Recipe;
    LastSyncTime : DT;
    SyncError : STRING[128];
END_VAR
END_DATA_BLOCK

读取激活配方

周期性从数据库读当前激活配方:

FUNCTION_BLOCK FB_SyncCurrentRecipe
VAR_INPUT
    StationId : STRING[32];   (* 本工位标识 *)
    SyncIntervalMs : INT := 10000;  (* 10 秒 *)
END_VAR
VAR_OUTPUT
    RecipeChanged : BOOL;    (* 配方变了吗 *)
    Error : BOOL;
    ErrorMessage : STRING[128];
END_VAR
VAR
    SyncTimer : TON;
    Select : DB_SELECT;
    LastVersion : INT;
    LastCode : STRING[32];
    State : INT;
END_VAR

SyncTimer(IN := (State = 0), PT := T#10s);

CASE State OF
  0:
    IF SyncTimer.Q THEN State := 10; END_IF;
    
  10:
    Select(
        ConnectionName := 'db_recipe',
        SQL := 'SELECT r.id, r.code, r.name, r.temperature, r.pressure, ' +
               'r.speed, r.dwell_time, r.heating_time, r.version, ' +
               'r.is_active, r.is_approved ' +
               'FROM recipes r ' +
               'JOIN station_recipe sr ON r.id = sr.recipe_id ' +
               'WHERE sr.station_id = :station AND r.is_approved = 1',
        Execute := TRUE
    );
    Select.BindString('station', StationId);
    State := 20;
    
  20:
    Select(Execute := FALSE);
    IF Select.Done THEN
        IF Select.RowCount = 1 THEN
            (* 解析结果到 DB_CurrentRecipe *)
            DB_CurrentRecipe.Recipe.Id := Select.Row[0].Cell[0].AsDInt;
            DB_CurrentRecipe.Recipe.Code := Select.Row[0].Cell[1].AsString;
            DB_CurrentRecipe.Recipe.Name := Select.Row[0].Cell[2].AsString;
            DB_CurrentRecipe.Recipe.Temperature := Select.Row[0].Cell[3].AsReal;
            DB_CurrentRecipe.Recipe.Pressure := Select.Row[0].Cell[4].AsReal;
            DB_CurrentRecipe.Recipe.Speed := Select.Row[0].Cell[5].AsReal;
            DB_CurrentRecipe.Recipe.DwellTime := Select.Row[0].Cell[6].AsInt;
            DB_CurrentRecipe.Recipe.HeatingTime := Select.Row[0].Cell[7].AsInt;
            DB_CurrentRecipe.Recipe.Version := Select.Row[0].Cell[8].AsInt;
            
            (* 判断是否变化 *)
            RecipeChanged := (DB_CurrentRecipe.Recipe.Code <> LastCode) OR 
                             (DB_CurrentRecipe.Recipe.Version <> LastVersion);
            LastCode := DB_CurrentRecipe.Recipe.Code;
            LastVersion := DB_CurrentRecipe.Recipe.Version;
            
            DB_CurrentRecipe.LastSyncTime := NOW();
        END_IF;
        State := 0;
    ELSIF Select.Error THEN
        Error := TRUE;
        ErrorMessage := Select.ErrorMessage;
        DB_CurrentRecipe.SyncError := Select.ErrorMessage;
        State := 0;
    END_IF;
END_CASE;
END_FUNCTION_BLOCK

配方切换时序

切换配方时必须走完整时序, 避免"配方 A 在用一半, 配方 B 强行覆盖"的危险:

核心原则:

切换期间 PLC 进入"切换中"状态, 禁止生产启动
先写数据库记录, 再切 PLC, 失败时能回滚并留痕
验证新参数生效 (读回比较) 后才算成功

切换代码示例

FUNCTION_BLOCK FB_ChangeRecipe
VAR_INPUT
    NewCode : STRING[32];
    Operator : STRING[32];
    Reason : STRING[128];
    Execute : BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
    Done : BOOL;
    Error : BOOL;
    ErrorMessage : STRING[128];
END_VAR
VAR
    State : INT;
    LogInsert : DB_INSERT;
    Update : DB_UPDATE;
    Select : DB_SELECT;
    StartEdge : R_TRIG;
    LogId : DINT;
END_VAR

StartEdge(CLK := Execute);

CASE State OF
  0: (* 空闲 *)
    IF StartEdge.Q THEN
        (* 检查是否允许切换 *)
        IF IS_RUNNING THEN
            Error := TRUE;
            ErrorMessage := '生产中, 请先停机';
            RETURN;
        END_IF;
        State := 10;
    END_IF;
    
  10: (* 插入 log *)
    LogInsert(
        ConnectionName := 'db_recipe',
        SQL := 'INSERT INTO recipe_changeover_log(station, from_code, to_code, operator, reason) ' +
               'VALUES(:st, :fc, :tc, :op, :re)',
        Execute := TRUE
    );
    LogInsert.BindString('st', MyStationId);
    LogInsert.BindString('fc', DB_CurrentRecipe.Recipe.Code);
    LogInsert.BindString('tc', NewCode);
    LogInsert.BindString('op', Operator);
    LogInsert.BindString('re', Reason);
    State := 20;
    
  20:
    LogInsert(Execute := FALSE);
    IF LogInsert.Done THEN
        LogId := LogInsert.LastInsertId;
        State := 30;
    ELSIF LogInsert.Error THEN
        Error := TRUE;
        ErrorMessage := LogInsert.ErrorMessage;
        State := 0;
    END_IF;
    
  30: (* 更新 station_recipe *)
    Update(
        ConnectionName := 'db_recipe',
        SQL := 'UPDATE station_recipe SET recipe_id = ' +
               '(SELECT id FROM recipes WHERE code = :c), assigned_at = GETDATE() ' +
               'WHERE station_id = :st',
        Execute := TRUE
    );
    Update.BindString('c', NewCode);
    Update.BindString('st', MyStationId);
    State := 40;
    
  40:
    Update(Execute := FALSE);
    IF Update.Done THEN
        State := 50;
    ELSIF Update.Error THEN
        Error := TRUE;
        ErrorMessage := Update.ErrorMessage;
        State := 60;  (* 错误分支, 更新日志为失败 *)
    END_IF;
    
  50: (* 读新配方 *)
    (* 复用 FB_SyncCurrentRecipe 立即同步 *)
    ForceSyncRecipe := TRUE;
    (* ... 等待完成 ... *)
    State := 70;
    
  60: (* 失败: 更新 log *)
    UpdateLog(
        SQL := 'UPDATE recipe_changeover_log SET ok = 0, error_msg = :e WHERE log_id = :id',
        Execute := TRUE
    );
    UpdateLog.BindString('e', ErrorMessage);
    UpdateLog.BindInt('id', LogId);
    State := 0;
    
  70: (* 成功 *)
    Done := TRUE;
    State := 0;
END_CASE;
END_FUNCTION_BLOCK

多工位分发模式

模式 1: 工位主动拉取

每个 PLC 周期查自己的 station_recipe, 看是否更新。简单, 适合工位少 (< 100) 的场景。

模式 2: 中心推送

上位的配方管理服务通过 HTTP API 推给每个工位的 HMI/Service, 再由 Service 调用 PLC 的通讯 FB 执行切换:

POST http://plc-station01:18823/api/recipe/switch
{
  "code": "RECIPE_B",
  "operator": "张三",
  "reason": "换产"
}

PLC 收到后执行切换。适合实时要求高的场景。

模式 3: MQTT 广播

配方管理服务发 MQTT 消息到 recipes/station/*/assign, 所有工位订阅自己的主题:

{
  "station": "STATION_01",
  "code": "RECIPE_B",
  "version": 15,
  "operator": "张三",
  "timestamp": "2026-04-17T10:00:00Z"
}

无中心协调, 工位间解耦。

版本化策略

版本号递增

修改配方参数 → version += 1。简单, 历史版本在 recipe_versions 里完整保存。

草稿/发布分离

draft 表存工程师正在改的配方
recipes 表只存已发布的
publish 动作把 draft 复制到 recipes 并 version+1

-- 发布操作
INSERT INTO recipes (code, ..., version)
SELECT code, ..., COALESCE(MAX(version), 0) + 1 FROM recipes WHERE code = d.code
FROM draft d WHERE d.id = :draft_id;

DELETE FROM draft WHERE id = :draft_id;

批准流程

is_approved = 0 表示未批准, PLC 不会读
审批员改为 is_approved = 1 + 填 approved_by + approved_at
审批时自动锁定 (不能再改参数)

UPDATE recipes SET 
    is_approved = 1, 
    approved_by = :user, 
    approved_at = GETDATE()
WHERE id = :recipe_id AND is_approved = 0;

回滚

任意时刻可回滚到历史版本:

-- 从 recipe_versions 复原到 recipes
UPDATE recipes SET
    temperature = (SELECT temperature FROM recipe_versions WHERE version_id = :v),
    pressure = (SELECT pressure FROM recipe_versions WHERE version_id = :v),
    ...
    version = (SELECT version FROM recipe_versions WHERE version_id = :v) + 1,
    updated_by = :user,
    updated_at = GETDATE(),
    is_approved = 0  -- 回滚后需重新审批
WHERE code = (SELECT r.code FROM recipes r JOIN recipe_versions v ON r.id = v.recipe_id WHERE v.version_id = :v);

然后走正常审批流程。

离线场景

PLC 离线时 (数据库不可达) 配方切换怎么办?

选项:

完全拒绝切换: 必须联网, 简单安全
本地缓存: 最近 10 个配方缓存在 PLC, 离线时可切到缓存中的
先改本地, 联网后同步: 记录 pending 操作, 重连后推

大多数场景选 1 或 2。选 3 要小心同步冲突。

HMI 集成

HMI 配方界面典型功能:

配方列表: 表格显示所有 is_approved = 1 的配方
详情查看: 选择一行看所有参数
切换按钮: 请求切换 (触发 FB_ChangeRecipe)
版本历史: 显示该配方的所有版本
差异对比: 当前版本 vs 上一版本, 变化的参数高亮
打印: 配方参数单, 给质量/工艺员存档

HMI 通过 WebSocket 订阅 DB_CurrentRecipe 等 PLC 变量, 通过 /api/hmi/db/recipes 读取配方列表的 schema。具体配方数据的 SELECT 由 PLC 侧 FB 执行, HMI 只展示 PLC 已填充的 DB 变量。

安全与权限

角色	查看	创建	修改	审批	切换
操作员	Yes	No	No	No	Yes (已批准的)
班长	Yes	No	No	No	Yes
工艺员	Yes	Yes	Yes	No	No
工艺经理	Yes	Yes	Yes	Yes	No
审计员	Yes	No	No	No	No

数据库侧的 SQL 权限只给 PLC 用的账号最小范围 (SELECT recipes, SELECT station_recipe, 以及写入 recipe_changeover_log 的有限 INSERT), 避免 PLC 被入侵后数据全失。

频率强调

本文档描述的读操作 (SELECT recipe) 发生在换型时 (1 班 1-3 次), 写操作 (INSERT changeover_log) 同样发生在换型时, 都是低频事件。这与扫描周期 (2-8ms) 完全解耦, 不会影响 PLC 实时性。

典型场景​

场景需求分析​

表结构设计​

基础配方表​

版本历史表​

切换审计表​

多工位关联表​

PLC 侧实现​

数据结构​

读取激活配方​

配方切换时序​

切换代码示例​

多工位分发模式​

模式 1: 工位主动拉取​

模式 2: 中心推送​

模式 3: MQTT 广播​

版本化策略​

版本号递增​

草稿/发布 分离​

批准流程​

回滚​

离线场景​

HMI 集成​

安全与权限​

相关文档​