（机械电子工程专业论文）组态软件中数据库的应用与研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 变电站监控系统正在向分布式、多功能、高可靠性、大数据量管理的综 合自动化方向发展，组态软件是变电站监控系统的重要组成部分，因此对组 态软件的功能和性能提出了更高的要求。用数据库来管理、处理组态软件中 的数据，可以提高数据的共享度，去掉数据不合理的冗余度，使数据间联系 紧密同时又具有较高的数据独立性。数据库功能的强弱直接关系到监控组念 软件的性能。 基于变电站监控系统中组态软件的实际需求，本文运用模块化程序设计 方法进行方案设计，在v c + + 6 0 环境下，开发了组态软件中的数据库系统。 论文首先分析了监控组态软件中的数据组成，把数据分成组念数据、运 行数据两大部分，给出了数据库系统的整体设计方案。然后分别对组态数据 库、实时数据库进行了设计、开发。设计了存储组态数据的数据库结构，开 发了在数据库中存、取组态数据的程序模块，并作为独立的功能模块加入到 整个监控组态软件中；介绍了实时数据库技术，并应用这些技术设计、开发 了监控组态软件中的实时数据库，针对实时数据的海量性设计相应的数据库 结构，并设计和实现了一种快速存储海量数据的方法；最后分析了历史数据 与实时数据之间的关系，设计开发了查询历史数据、运用历史数据生成曲线 和报表的程序模块。 本文选择的数据库管理系统是m y s q l ，它是目前应用最广泛的丌源数 据库管理系统，可以免费使用，它最大的特点是处理数据速度快。本文开发 的变电站监控组态软件数据库已经过严格测试并投入实际应用，运行稳定、 可靠，在一定程度上提高了软件的整体性能。 关键词：监控组态软件：数据库；组态数据；实时数据；m y s q l 西南奎堕奎兰塑主堡窒竺堂篁笙窒 兰! ! 戛 - - _ - _ _ l _ _ - _ - _ - - _ - _ 一 a b s t r a c t t h ed i r e c t i o no fs u p e r v i s o ra n dc o n t r o ls y s t e mi nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n i s s v n t h e s i sa u t o m a t i z a t i o n ，w h o s ec h a r a c t e r i s t i ci sd i s t r i b u t e d ，m u l t i f u n c t i o n ，h i g h r e l i a b i l i t ya n dm a n a g e sd a t ao fl a r g en u m b e r a sc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ei s a n i m p o r t a n tp a r to fs u p e r v i s o ra n dc o n t r o ls y s t e m s oi t h a st oa d v a n c ei t sf u n c t i o n a n dc a p a b i l i t y u s i n gd a t a b a s et om a n a g et h ed a t ao fc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，t h e s h a r ed e g r e eo ft h ed a t aw a se n h a n c e d ，t h ed a t a su n r e a s o n a b l er e d u n d a n c yw a s t h r o wo f f , a n dt h ed a t aw a sr e l a t i v e l ya n dh a su p p e ri n d e p e n d e n c e t h ef u n c t i o n o ft h ed a t a b a s ed e c i d e st h ec a p a b i l i t yo fc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ed i r e c t l y b a s eo nt h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n to fc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eo fs u p e r v i s o ra n d c o n t r o ls y s t e mi nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n t h i sp a p e rd e s i g n e dt h e s c h e m eb y u s i n gp r o g r a m m e r m o d u l ed e s i g nm e t h o d i nt h ev c + + 6 0e n v i r o n m e n t ， d e v e l o p e dt h ed a t a b a s es y s t e mi ns u p e r v i s o ra n d c o n t r o lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ed a t as t r u c t u r eo ft h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e d i v i d e dt h ed a t ai n t oc o n f i g u r a t i o nd a t aa n dr e a l t i m ed a t a ，p r e s e n t e dt h ed e s i g n s t h e m eo ft h ed a t a b a s es y s t e m t h e n ，t h i sp a p e rd e s i g n e da n dd e v e l o p e dt h e c o n f i g u r a t i o nd a t a b a s ea n dr e a l t i m ed a t a b a s e i td e s i g n e dt h e s t r u c t u r eo ft h e d a t a b a s et os t o r ec o n f i g u r a t i o nd a t a ，a n dd e v e l o p e dt h ep r o g r a m m e rm o d u l et o a c c e s sc o n f i g u r a t i o nd a t a b a s e a n di tw a sa d d e di n t ot h es u p e r v i s o ra n dc o n t r o l c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r ea sas e l f - g o v e r n e dm o d u l e i t a l s oi n t r o d u c e st h e r e a l t i m ed a t a b a s et e c h n i q u ea n du s i n gi tt od e s i g na n dd e v e l o pt h er e a l - t i m e d a t a b a s eo ft h es u p e r v i s o ra n dc o n t r o lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e b e c a u s e t h e r e a l - t i m ed a t ai so fg r e a tn u m b e r ，t h i sp a p e rd e s i g n e dac o r r e s p o n d i n gd a t a b a s e s t n i c t u r e a n dam e t h o dt os t o r ed a t ao fg r e a tn u m b e r w a sd e s i g n e da n dr e a l i z e d f i n a l l y , t h i sp a p e ra n a l y z e dt h er e l a t i o no f d e v e l o p e dt h ep r o g r a m m e r m o d u l et oq u e r y m a k ec u r v ea n dr e p o r tf o r m s h i s t o r yd a t aa n dr e a l - t i m ed a t a ，a n d h i s t o r yd a t aa n du s i n gh i s t o r yd a t at o t h ed a t a b a s es y s t e mu s e di nt h i sp a p e ri sm y s q l , w h i c hi st h em o s tp o p u l a r f r e ed b m s i tc a nb eu s e df r e e l y ，a n di t sm o s to u t s t a n d i n gs p e c i a l t yi st h es p e e d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 o fm a n a g ed a t a t h ed a t a b a s ew h i c hw a sd e v e l o p e di nt h i sp a p e rh a sb e e nt e s t e d s t r i c t l ya n db e e na p p l i e dt ot h es u p e r v i s o ra n dc o n t r o lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ei n t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n i tr u ns t e a d ya n dc r e d i b l e ，a n da d v a n c e dt h ec o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e sc a p a b i l i t yi nac e r t a i ne x t e n t n a t u r a l l y , t h e r ei ss o m es h o r t a g e sn e e d t 0b ei m p r o v e d k e yw o r d s ：c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ；d a t a b a s e ；c o n f i g u r a t i o nd a t a ；r e a l - t i m ed a t a ； m y s q l 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名专藏 同期： 0 公、f d 、f 向 指导老师签名：奴，一 同期：沙嵋，二t o 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明t 所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 m y s q l 是使用最广泛的丌源数据库系统，但以实现网上数据库为主， 使用m y s q l 开发监控组态软件的数据库系统及其应用程序，具有一定创新 性。 2 监控组态软件中的报表功能通常都是主程序功能的一部分，应用v b a 开发e x c e l 实现组态软件的报表功能的方法具有一定创新性，本论文开发的 报表功能可以独立于主程序运行。 3 实现了海量数据在数据库中的实时存储。 4 存储数据时，通过程序调用动态创建数据库和数据表。 本人签名隶i j c 彘 同 期：沙。宫、b 、加 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 本章主要介绍应用于变电站综合自动化系统的监控组态软件的系统构 成及数据库功能，讨论课题研究的背景和意义，并明确课题要完成的任务和 需要达到的目标。 1 1 监控组态软件的相关介绍 本节对监控组态软件进行相关介绍，包括监控组念软件的系统构成及数 据库功能。 1 1 1 监控组态软件的系统构成 本文研究的监控组念软件是应用于变电站综合自动化系统的专业软件， 集数据采集、显示、控制、通信等功能于一体，是变电站综合自动化系统的 最终实现工具，它与通讯管理机、间隔层设备一起共同完成变电站综合自动 化系统定义的全部功能，适用于1 1 0 k v 及以下电压等级的变电站、终端站和 农网的后台监控。 监控组态软件的主要功能模块如下： 1 i o 模块。该模块提供多种通信协议，如m o d b u s 、t c p i p 等，可以 方便地实现与现场微机保护装置、智能仪表的数据通信，以及上一级调度维 护主机的数据通信功能。 2 组念配置模块。该模块分为单元组态配置和图片组念配置两部分，在 单元组念配置中对应工程现场的监控保护装置配置设备的工程参数，生成供 主控软件调用的工程数据文件；在图片组念配置中进行图片组态构造一个具 有良好界面的可视化应用系统。 3 实时数据采集模块。该模块采集变电站运行过程中的各类实时数据， 供后台监控系统的运行使用。 4 数据分析和处理模块。该模块对系统采集的实时数据进行分析和处 理，如装置的模拟量越限判断和报警处理，丌关量变位和报警处理，数据统 计和计算，录波数掘分析等等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 5 监测控制模块。该模块实时监测现场各智能仪表设备的运行情况，对 装置的各模拟量、开关量的变化都能够进行相应的j 下确处理。并对现场智能 仪表装置进行遥控。如遥控分、合闸，遥控装置复位，修改装置的定值，更 新装置时间等等。 6 历史数据处理模块。该模块提供对历史数据的查询，以及利用历史数 据生成报表、曲线等，还能进行系统报警记录，s o e 事件记录，操作记录等。 1 1 2 监控组态软件的数据库功能 监控组态软件需要对大量数据信息进行采集、传输、综合分析、计算等 处理。从监控组态软件的系统构成可以看出，数据是联系监控组念软件各功 能模块的纽带。在组态环境下，根据需要监控的对象进行数据和图像组态， 并把组态数据传递给主运行程序。主运行程序根据组念数据中的设置通过通 信模块从监控对象上采集实时数据。图像显示模块通过图像和动画把实时数 据形象地显示给用户。监控模块根据实时数据进行各种告警和事件记录，并 对监控对象进行遥控、遥调等。历史数据处理模块对实时数据进行存储，并 把历史数据用于生成报表、曲线等。变电站综合自动化系统实际上是一个对 大量数据信息进行综合处理的过程。监控组态软件管理、处理数据的功能强 弱直接影响了整个软件的功能。 随着变电站综合自动化系统的发展，监控组态软件的功能也不断增多、 增强，数据量也不断扩大，数据之间的关系也越来越复杂。一个自然而然的 想法就是把在商业领域中取得巨大成功的数据库技术引入变电站综合自动 化系统，用数据库技术来管理、处理监控组态软件中的数据。但这些数据的 一个显著特点是具有时问特性，且有效时间是短暂的，过时则失效。而以关 系数据库为代表的传统数据库的设计目标是维护数据的f 确性、保证系统的 低代价和提供友好的用户接口。这种数据库系统对传统的商务和事务型应用 是有效、成功的，但对于新领域的实时数据和实时事务的应用要求难以胜任。 所以，需要对数据库技术和实时技术的结合进行研究，设计具有显式定时限 制的实时数掘库系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2m y s q l 的相关介绍 m y s q l 数据库是目前应用最广泛的开源数据库管理系统。这主要有以下 几个原因： 1 m v s q l j 艮快； 2 m y s q l j 艮稳定； 3 m v s q l 彳艮容易学习： 4 m y s q l 可以在各种主流的操作系统( w i n d o w s 、l i n u x 、m a co s x 和 各种u n i x 版本) 上运行； 5 m y s q l 应用软件可以用多种程序语言来编写； 6 网上有详尽的m y s q l 文档，与m y s q l 有关的书籍也很多。 m y s q l ；是- - 种功能非常强大的关系型客户服务器数据库系统。它的安全 性和稳定性足以满足许多应用程序的要求，而且有着非常高的性价比。 m y s q l 支持s q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ，结构化查询语言) 作为自己的 数据库语言。s q l 是一种专门用于查询和修改数据库罩的数据以及对数据库 进行管理和维护的标准化语言。 m y s q l 是开源数据库，作为一个开源的数据库，源代码公开，任何人都 可以从互联网上下载和使用m y s q l ，并根据自己的需要来修改它。即使是商 业版本也比其他商业数据库软件产品要便宜许多。 m y s q l 作为一种轻量级的数据库平台，近几年在网络上的应用越来越普 及。特别是与p h p 结合，作为w e b 应用的后台数据库，以其简单、高效、可移 植性好等特点深受大家的喜爱。a s s o c i a t e dp r e s s 、c i t y s e a r c h 、c o x c o m m u n i c a t i o n s 、l o sa l a m o sn a t i o n a ll a b s ( 数据量高达7 t b ) 、l y c o s 、n a s a 、 s o n y 、s u z u k i 、w i k i p e d i a 和y a h o o 等大公司和大机构也采用m y s q l 。 基于上述原因，本文采用m y s q l 数据库管理系统作为监控组念软件的 数掘库。最重要的两个原因是：m y s q l 的单表容量最大可以达到8 百万 t b ( 2 6 3 字节) ；m y s q l 处理数据速度明显快于其他数据库管理系统，有大量 的性能测试报告支持这一结论。另外，虽然m y s q l 是一种非常快的数据库 系统，但用它来丌发实时应用程序的厂商和个人非常少，所以用m y s q l 丌 发监控组念软件的实时数据库具有一定的创新性和挑战性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 课题的背景和意义 随着我国电网的建设，电网结构的同趋复杂，作为系统重要组成部分的 变电站，其运行的经济性、安全性和可靠性变得越来越重要。变电站综合自 动化技术已成为当前我国电力工业推行技术进步的重点之一，越来越多的变 电站进行技术改造以提高自动化水平。 1 3 1 课题的背景 变电站综合自动化技术是在计算机监控、远方调度控制等技术的应用基 础上发展起来的，对变电站运行自动进行监视、管理、协调和控制，提高了 变电站的安全管理水平，提高了运行的可靠性，改善和提高了电网的控制水 平，更为重要的是变电站自动化的发展，为电网综合自动化的发展和深入提 供了广阔的自i 景。 监控软件是变电站综合自动化系统的重要组成部分，集数据采集、显示、 控制、通信等功能于一体，是变电站综合自动化系统的最终实现工具。随着 计算机技术和通信技术的发展，人们对电力监控系统的要求越来越高。因此， 开发专用的变电站监控组态软件成为满足变电站自动化技术发展的必然选 择。运用变电站监控组态软件，变电站工作人员只需要简单地进行相应的参 数组态工作，就能够实时、直观了解和监控整个变电站设备的运行情况。 r c 3 0 0 0 变电站监控组态软件基于w i n d o w s 平台，充分利用了w i n d o w s 系统的安全性、多线程等特性。良好的丌放性设计使系统具有强大的生命力 和广泛的适应性，可以满足中小型变电站对监控组态软件的各种基本要求。 经过丌发和完善，该软件现已具备变电站监控组念软件数据采集、图形显示、 控制、通信等通用功能。 r c 3 0 0 0 变电站监控组态软件中的数据基本上都存储在文本文件中。组 态配置后所生成的组态数据存储为一个二进制文本文件，整个组态的数据都 在其中。当程序读取组态数据时，采用顺序读取的方法一次把整个文件中的 数据全部加载到程序中，一旦哪一处数据读取出现l u j 题，则整个数据加载过 程失败，需重新加载，甚至可能需要重新存储数据文件，影响软件整体的稳 定性。历史数据也是存储在文本文件中，采用的方法是一次把所有需要保存 的数据存储完毕，两次存储之间| 、日j 隔的时i h j 比较长，用这样的历史数据所生 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 成曲线在不能再现系统的历史运行状况。 r c 3 0 0 0 变电站监控组态软件的数据管理功能需要进行改进。 1 3 2 课题的意义 随着变电站综合自动化系统的同趋庞大和复杂，功能不断完善，加之计 算机网络技术和分布式结构的应用，使待处理的数据信息成为海量，对数据 信息的可靠性、一致性和共享性提出了更高的要求。高效、高质量、无差错 地处理这些数据成为建立一个高效完善的变电站综合自动化系统的关键，也 即监控组态软件性能强弱的一个评判标准，必须以数据库管理系统作为支 持。 在对变电站运行进行监视、控制和管理过程中，需要维护大量的共享数 据和控制知识，更加重要的是这些应用活动又具有严格的时限，要求在某时 刻或某有限的时间内把从下位机上采集来的遥测、遥信和电量数据，按彼此 间的关联存取和处理。因而将实时技术和数据库技术相结合，进行变电站自 动化系统的实时数据库系统方面的研究是非常必要的。 监控组态软件中的数据库系统对整个变电站综合自动化系统的作用和意 义是不言而喻的。既要考虑动态数据及其处理上的时问限制，保证数据访问 的并发和高效性，又能处理永久、稳定的数据，维护数据的完整性和一致性。 历史数据库在变电站综合自动化系统中占有很重要的地位，大量的统计分 析、报表、历史曲线、图表等都基于历史数据库来完成。 1 4 课题任务 本人主要承担r c 3 0 0 0 变电站监控组念软件数掘库系统的设计和丌发， 完成的主要工作有： 1 设计和丌发了组态数据库，用于存储组态数据，并丌发了主控程序访 问组念数据库、获取组态数据的程序模块。 2 设计了实时数据库结构，设计了一种针对海量实时数据的存储方案， 实现了海量数据在m y s q l 数据库中的存储。 3 设计和丌发了访问m y s q l 数掘库中数据的程序模块，进行历史数据 查询、生成曲线和报表。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章总体方案设计 本章分析了变电站监控组念软件需要处理的数据，介绍了数据库的总体 方案设计，并就所选取的数据库管理系统作了简单叙述，最后分析了开发工 具的选择。 2 1 变电站监控组态软件需要处理的数据 变电站监控组态软件一般由系统组态环境和系统运行环境两大部分构 成，所以其中的数据可分为组念数据和实时数据两大部分。 2 1 1 组态数据 组态数据为工程人员组态时所配置的工程参数的集合，包括： 1 装置所挂通信串口参数：通信串口类型、名字、通信参数等。 2 装置总体参数：装置类型、装置名称、装置地址等。 3 装置的遥测量参数：遥测量序号、遥测量名称、最大值、最小值、高 报警值、低报警值等、零位漂移、比例缩放、单位、精度、阈值、是否保存 历史数据、是否产生越限报警事件等。 4 装置的各个遥信量参数：遥信量序号、遥信量名称、状态、接收时状 态是否反转、是否保存数据、是否产生变位事件等。 5 装置的各个电度量参数：电度量序号、电度量名称、零位漂移、比例 缩放、满度值、单位、精度、是否保存数据、归零方式等。 6 装置的各个遥控量参数：序号、名称、操作内容。 7 装置的各个s o e 量参数：序号、名称、状态、事件类型等。 组念数据是工程人员对现场监控装置及装置所监控的数掘点数据的参 数配置所生成的，是系统运行的基础，在组态完成后，需保存下来供主控软 件运行时调用。 2 1 2 实时数据 变电站综合自动化系统运行过程中会产生的大量的数据，它们反映了系 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 统的运行情况。包括： 1 遥测量：电压、有功功率、无功功率、功率因数、主变温度、档位、 系统频率等； 2 遥信量：断路器位置、断路器储能、刀闸位置、主变本体有载瓦斯、 变压器压力、事故总信号等； 3 电度量：数据脉冲电度量、数字电度量、计算电度量等； 4 s o e 量：s o e 事件名称、s o e 发生时间、保护动作值； 5 遥控量：断路器、刀闸控制、操作时间、操作性质、操作人；投入或 切除电容器； 6 遥调量：变压器名称、操作时间、操作性质、操作人。 系统从下位机采集到这些数据后，把数据组织成数据帧发送到后台监控 组态软件中，后台监控软件接收到数据帧并解析之后，把这些数据用于越限 监视和告警、遥信监视和告警、统计和计算、操作控制、运行记录、生成报 表和曲线等。 实时数据的一个显著特征就是具有很强的时效性，只有在当前时刻才称 为实时数据，当有新的数据产生后，新的数据成为实时数据，而先前的数据 则成为实时数据的变体历史数据，历史数据的信息一般包括实时数据的 数据值及其更新时刻的时间值。 2 2 数据库总体方案的设计 根据上文中对整个监控组态软件中需要处理的数据的分类，对应的把数 据库设计为组态数据库和实时数据库两部分。其中组态数据库处理组念数 据，把组念配置模块生成的组态数据存储到数据库中，并向主运行程序提供 调用接口；实时数据库处理实时数据，把系统采集自装置的实时数据进行处 理，用于主运行程序对整个系统的监视和控制，同时把实时数据及其时i 日j 值 一起存储到数据库中，作为生成报表和曲线的数据基础。组念数据库与实时 数据库之间的关系及监控组念软件中数掘的流程如图2 - 1 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 图2 1 总体方案图 实现本方案需要进行的工作是：设计存储组念数据的数据库结构；设计、 开发处于图中组态配置和组态数据库之间的连接模块，把组念数据存储到组 态数据库中；设计、开发主运行程序访问组态数据库模块；设计存储海量实 时数据的数据库结构；设计、开发存储海量实时数据的程序模块；设计、开 发访问实时数据库，对历史数据进行查询，应用历史数据生成报表、曲线的 程序模块。 本节只是对数据库的总体方案在宏观上的一个概述，具体各组成部分的 设计、开发见后文。 2 3 开发工具的选取 2 3 1 开发语言及环境 组态软件的丌发工具以c + + 为主，使用c + + 丌发的产品运行效率更高， 程序代码较短，运行速度更快。v i s u a lc + + 能够成为当今最流行的软件丌发 工具之一，与其卓越的性能分不丌。它汇集了微软公司的技术精华，不仅全 面贯彻了面向对象的技术，而且在编译优化技术上较其他同类产品具有明显 的优势： 1 使用c + + 编程的源代码效率高。 2 v i s u a lc + + 6 0 丌发环境十分友好，其高度的可视化丌发方式和强大的 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 向导工具能够帮助用户轻松的开发出多种类型的应用程序。 3 由于微软在p c 操作系统市场上的垄断地位，使用m i c r o s o f t 发行的编 程工具能够提供与w i n d o w s 操作系统最大的兼容性。 4 作为桌面操作系统的霸主，微软自己开发的编程工具v i s u a lc + + ，不 仅能够提供强大的图形支持，而且能够使应用程序与硬件相互独立。 5 m f c 类库和w i n d o w sa p i 为实现应用程序功能提供了强大的功能支 持。 6 v i s u a lc + + 6 0 中为用户提供了许多有用的工具，能够帮助用户寻找错 误和提高程序效率。 另外，本文研究的监控组念软件的丌发环境也是v i s u a lc + + 6 0 ，因此， 本文选择c + + 作为组态软件数据库的开发工具。 2 3 2a d o 技术 数据库访问接口技术方面，有d a o 、o d b c 、a d o 等可供选择，其中 a d o 技术是目前在w i n d o w s 环境中比较流行的数据库应用程序开发技术， 是建立在o l ed b 底层技术之上的高级编程接口，它具有强大的数据处理功 能和非常简单、易用的编程接口，因而得到了广泛的应用。a d o 技术不仅 可以应用于关系型数据库，也可以应用于非关系型数据库。a d o 技术的本 质是通过对象实现对o l ed b 中接口的封装，且其对象模型简化了对对象的 操作。同时，它也提供了部分集合。a d 0 2 5 中共有9 个对象和4 个集合， 分别为：c o n n e c t i o n 对象、c o m m a n d 对象、r e c o r d s e t 对象、e r r o r 对象、 p a r a m e t e r 对象、f i e l d 对象、p r o p e r t y 对象、r e c o r d 对象以及s t r e a m 对象 与e r r o r s 集合、p a r a m e t e r s 集合、f i e l d s 集合以及p r o p e r t i e s 集合。另外 m y s q l 还自带了ca p i 函数。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 第3 章组态数据库的设计开发 利用组态软件，工程技术人员只需进行简单的数据配置和数据连接，就 能实现监控主机与现场智能仪表设备进行数据通信和远程监控的目的。数据 配置和数据连接都是在组态环境中进行，在组态环境中进行组态是工程开始 的第一步。 3 1 组态数据分析 3 11 组态过程 工程开始时，工程技术人员一般会先从组态配置开始，图3 - 1 为还没有 进行任何配簧的数据组态界面。 j = j = 二= = 臻戮二： * 4 幽3 - 1 数据皇l 态界面 对应需要监控的装置，配置相应的单元挂接于通信串口下，如图3 2 所 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 三生= 二! 坚一 垦堕! ! l 。腻。1= 。j 厂一i 。f 一_ _ r _ _ _ 竺! ! ! ! | ；_ 兰叫r _ 了_ _ j 可了曩疆季瑟 幽3 - 2 装置单元配置 首先对通信串口的通信参数进行设置，包括选择端口、波特率、数据位 校验位、停止位以及流量控制方式，如图3 - 3 所示， 回，电e 一i gm w ，l 竺! ! 竺! g 甏! ：兰苎l 圈3 - 3 配置通信串口通信参数 然后对装置单元进行参数配置，一般包括单元的总体属性、遥测量、累 计最( 也称电度量) 、迢信量、s o e 量年u 操作量( 古遥控量午【i 遥调量) 。如图 3 - 4 所示，需要对每一条数据的各个属性值进行配置。 酉亨交通大学硕士研究生学生延塞_ _ 第1 2j i px 酗3 4 配置装置单元参数 配置完一个装置单元的所有数据后，根据具体的工程实际情况配置下一 个单元及其参数，直到整个工程的所有装置单元参数配置完毕，则该工程的 数据组态配置工作完成。 3 1 2 数据分析 每一个装置单元的组态数据为总体属性、遥测量、累计量、遥信量、s o e 量和操作量这六种数据类型中的几种或全部六种。每种类型数据的构成如 下： 1 总体属性：单元类型、名字、地址、是否投入使用和收到未定义数据 是否产生事件。 2 遥测量：专用名、最大值，高报警值、低报警值、最小值、零位漂移、 比例缩放、单位、精度、闽值、足甭保存历史数据和是否产生越限报瞥事什。 3 累计量：专用名、零位漂移、比例缩放、满度值、单位、精度、是否 保存历史数据、是行为实时值、是否为增量有效和归零方式。 4 遥信量：专用名、状态0 名称、状态1 名称、接收时状态是否反转、 是齿保存历史数据和是否产生变位事件。 5 s o e 量：号用名、状态0 名称、状态1 名称和事件类型。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 6 操作量：专用名、操作0 名称和操作1 名称。 3 2 数据库结构设计 3 2 1 数据库概念设计及数据建模 数据库概念设计是面向现实世界的，其主要的任务是理解和获取应用领 域的数据需求，分析、抽取、描述和表示清楚目标数据库需要存储和管理什 么数据，这些数据具有什么样的属性特征及组成格式、数据之间存在什么样 的依赖关系，同时也要说明数据的完整性与安全性要求。 按照概念设计的基本步骤，组态数据库的概念设计如下： 1 确定实体集。按照上节对整体组态数据的分析，实体集有：通信串口、 装置单元、通信参数、总体属性、遥测量、遥信量、累计量、s o e 量和操作 量。 2 确定联系和联系类型。通信串口和装置单元的关系是装置单元挂接于 通信串口；通信参数从属于通信串口；总体属性、遥测量、遥信量、累计量、 s o e 量和操作量都从属于装置单元。 3 确定实体集属性。通信串口实体的属性有：类型、名字、是否投用， 其余各实体集的属性已在上节数据分析中列出。 4 建立概念模型并对模型进行优化。数据建模方法有多种，常用的两种 是：e r ( 实体一联系) 模型和i d e f l x 模型。e r 模型是p e t e rc h e n 在1 9 7 6 年最早提出的建模方法，这种模型用简单的图形直观地抽象出现实世界的属 性特征及其关系，这使得面向现实世界概念设计阶段的工作变得相对容易。 由于e r 模型不涉及任何技术问题，建模结果又能够清楚的表达应用领域中 的数据结构及其联系，从而备受欢迎。i d e f l x 模型因为1 9 8 1 年在美国空军 公布的i c a m ( i n t e g r a t e dc o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 工程中被命名为 “i d e f 而得名。i d e f l x 模型侧重分析、抽象和概括应用领域中的数据， 具有丰富的语法和语义。在i d e f l x 模型中，实体集分为独立标识符实体集 ( i d e n t i f i e r i n d e p e n d e n te n t i t i e s ) 和从属标识符实体集( i d e n t i f j e 卜d e p e n d e n t e n t i t i e s ) ，实体集之间的联系分为：标定型联系、非标定型联系、分类联系 和不确定联系，实体集的属性由主码、外码和属性来描述。 概念设计和数据建模的结果e r 模型如图3 5 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 、f - 一专用名 7 量大值，；。 t 7_ 于：) t 、一于，j 图3 5e r 模耻图 3 2 2 数据库逻辑结构设计 数据库逻辑结构设计是指从数据库的概念模型出发，设计表示为逻辑模 式的数据库逻辑结构。逻辑结构设计与d b m s 采用的数据模型( 如关系模型、 层次模型、网状模型) 密切相关。本文采用的m y s q l 数据库管理系统是基于 关系数据模型的，因此本文的数掘库逻辑结构设计的主要内容是在e r 图的 基础上设计数掘库关系模式。关系数据库是按照二维表组织和存储的相互关 联的关系( 表) 的集合，关系数据库模式是关系模式的集合。 根据数据库逻辑结构设计的主要步骤，并结合本文所要设计的数据库的 特点，进行逻辑设计如下： 1 e r 图转换为初始关系模式。即把e r 图中的实体集转换为数掘衷。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2 对初始关系模式进行优化。即根据关系规范化理论对关系模式进行规 范化处理，使其达到一定的范式要求，即保证数据操作的正确性，又保证一 定数据操作效率。规范化的等级有第一范式( 1 n f ) 、第二范式( 2 n f ) 、第三范 式( 3 n f ) 、第四范式( 4 n f ) 、第五范式( s n f ) 五种。范式表达了关系模式满足的 条件，也是衡量关系模式设计优劣的标准。利用范式进行规范化设计的目的 是消除数据冗余，避免操作过程出现异常，使一个关系的结构更合理。 规范化设计的基本过程是对关系进行分解，因此数据库规范化的程度越 高，其关系表的数量就越多。关系表的数量增多，增加了表之间连接运算的 代价，增加了i o 操作，又会影响数据库的执行速度和性能。通常，在工程 应用中，关系模式的规范化工作仅做到3 n f 。当一个关系分解到3 n f 时，关 系中不合理的属性基本消除，且因为规范化程度不是太高，数据库有较好的 性能。本文设计的组态数据库达到的规范化等级为3 n f ，3 n f 是以2 n f 为基 础的( 2 n f 是以1 n f 为基础的) ，具体内容是：设有关系模式r ( f ，u ) ，如果 r 中的每一个属性值都是不可分的数据项，且每个非主属性完全函数依赖于 码，且不存在非主属性对主码的传递函数依赖，则称r 为第三范式( 记作3 n f ) 。 经过上述两步，设计出了组态数据库的关系( 表) 模式如下： ( 1 ) 表1 ：表名为c o m ，对应e r 图中的通信串口实体，存储的是通信串 口的类型、名称、是否投入使用。结构见表3 1 ： 表3 - 1 数据表t o m 结构 字段名字段类型 c o m t y p ec h a r ( 12 ) c o m n a m e v a r c h a r ( 2 0 ) b e u s e d t i n y i n t ( 2 ) 表2 ：表名为c o m p a r a ，对应e r 图中的通信参数实体，存储的是通 信参数中的端口、波特率、数据位、校验位、停止位、流量控制方式。结构 见表3 2 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 表3 - 2 数据表c o m p a r a 结构 、 字段名字段类型 c 0 n l n a m e v a r c h a r ( 2 0 ) p o r t t l n y i n t b a u d r a t et i n y i n t b y t e s i z e t i n y i n t p a r i t y t i n y i n t s t o p b i t t l n y i n t d f m o d et l n y l n t 因为通信参数都是在参数配置界面中通过选择组合框中的选项进行设 置，所以需要存储的数据是各选项的序号，都为整数，故对应的数据表中的 字段类型为t i n y i n t 。 ( 3 ) 表3 ：表名为u n i t ，对应e r 图中的装置单元实体，存储的是装置单 元属性，包括所挂通信串口名、类型、名字、地址、是否投入使用、收到未 定义数据是否产生事件。结构见表3 3 ： 表3 - 3 数据表u n i t 结构 字段名字段类型 c o m n a m e v a r c h a r ( 2 0 ) u n i t t y p ev a r c h a r ( 5 0 ) u n i t n a m e v a r c h a r ( 2 0 ) a d d rt l n y l n t b e u s e dt l n y l n t a l a r mt i n y l n t ( 4 ) 表4 ：表名为a n a l o g ，对应e r 图中的遥测量实体，存储的是遥测数 据的属性，包括所属单元名、专用名、最大值、高报警值、低报警值、最小 值、零位漂移、比例缩放、单位、精度、阈值、是否保存历史数据和是否产 生越限报警事件。结构见表3 4 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 字段名字段类型 u n i t n a m e v a r c h a r ( 2 0 ) d a t a n a m e y a r c h a r ( 3 0 ) m a xf l 0 气t h i g l l f l o 气= r l o wf l o a = r m l nf l o a t a 0f l o a r a lf l o t u n i t a g ev a r c h a r ( 5 ) f c i r m a tt i n y l n t t h r e s h o l dt l n y i n t b e s a v et i n y i n t a l a r mt i n y i n t ( 5 ) 表5 ：表名为a c c u m u l a t e ， 加数据的属性，包括所属单元名、 单位、精度、是否保存历史数据、 式。结构见表3 5 。 对应e r 图中的累加量实体，存储的是累 专用名、零位漂移、比例缩放、满度值、 是否为实时值、是否为增量有效和归零方 ( 6 ) 表6 ：表名为d i g i t a l ，对应e r 图中的遥信量实体，存储的是遥信数 据的属性，包括所属单元名、专用名：状念0 名称、状态1 名称、接收时状 态是否反转、是否保存历史数据和是否产生变位事件。结构见表3 - 6 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 表3 - 5 数据表a c c u m