基于城軌車輛制動控制測試數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

楊豐萍，黃兵斌，袁蘆北，盧義

（華東交通大學電氣與電子工程學院，江西南昌330013）

基于城軌車輛制動控制測試數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

楊豐萍，黃兵斌，袁蘆北，盧義

（華東交通大學電氣與電子工程學院，江西南昌330013）

城市軌道交通作為我國城市大運量、快捷、安全、低耗、環(huán)保的運輸形式，已成為交通運輸體系的重要組成部分，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。城軌車輛制動控制裝置［1-4］在裝車前要進行各項試驗和運行考核，測試平臺作為生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，具有不可替代的作用，同時它也適用于車輛段對該裝置的檢測和維修。主要從概念化的角度和關系模式對制動控制檢測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)庫［7-10］的總體設計、概念設計和詳細設計以及基于微軟可視化工作室（Microsoft Visual Studio 2008，VS2008）開發(fā)平臺，利用ADO、DLL、TCHART技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的通信與數(shù)據(jù)瀏覽、條件查詢、錄入、刪除、修改的數(shù)據(jù)操作，同時對數(shù)據(jù)庫保存的測試數(shù)據(jù)以曲線圖形式顯示與數(shù)據(jù)分析，增加數(shù)據(jù)可讀性。

制動控制裝置；E-R模型；ADO數(shù)據(jù)通信；數(shù)據(jù)分析

由于城市軌道交通制動系統(tǒng)對運行安全的重要性，世界上各國軌道交通應用部門對制動系統(tǒng)［1-4］的檢測都進行了大量的研究工作。傳統(tǒng)的檢測手段過于單一，檢測數(shù)據(jù)難以長時間的保存，已不能滿足現(xiàn)階段的要求，設計一個多功能檢測、大數(shù)據(jù)管理和分析的制動裝置檢測系統(tǒng)迫在眉睫。針對這一問題，在已實現(xiàn)了多功能檢測的前提下，設計一個中小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。眾所周知，數(shù)據(jù)庫的設計是整個系統(tǒng)的關鍵部分，好的數(shù)據(jù)庫能夠減少數(shù)據(jù)冗余，達到減少磁盤空間占用率，本系統(tǒng)主要根據(jù)關系數(shù)據(jù)理論，規(guī)范化數(shù)據(jù)庫設計［5-6］，減少數(shù)據(jù)冗余太大和消除數(shù)據(jù)更新異常、插入異常和刪除異常問題為出發(fā)點，設計出符合3NF范式［7］的數(shù)據(jù)庫，在基于VS2008界面開發(fā)平臺和Microsoft SQL Server 2008（SQL2008）數(shù)據(jù)庫開發(fā)［8-10］平臺上，采用ADO［5］、DLL［5］、TCHART等技術實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計和實現(xiàn)。該系統(tǒng)可提供的用戶界面良好，可通過對數(shù)據(jù)管理和分析，發(fā)現(xiàn)潛在的設備故障數(shù)據(jù)［11-12］，與多功能檢測系統(tǒng)組合成一個制動控制裝置檢測系統(tǒng)，完成設備測試和及時維護，降低設備維護成本，成為保障列車安全運行的有效措施，代表了列車設備故障診斷技術的發(fā)展方向。

1 需求收集和分析

需求分析是整個設計過程的基礎，是最困難、最耗時的一步，作為地基的需求分析是否做得充分與準確，決定了在其上構建數(shù)據(jù)庫大廈的速度與質量。通過對中國鐵路科學研究院的實地考察，收集一手資料，以及對調(diào)查問卷進行分析和研究，主要測試功能包含電氣接線測試、傳感器零點測試、氣密性測試、載重輸出測試、總風壓力開關（AR）測試、閥響應測試、空氣制動測試、防滑測試、MVB（多功能車輛總線）網(wǎng)絡通信測試以及制動缸壓力開關測試，得出系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)框圖Fig.1 Database system diagram

圖1畫出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)框圖的主要部分，各項測試在不同條件下測試方法和內(nèi)容不同，例如在測試制動控制裝置的氣密性時，需要在緩解、緊急制動和常用7級制動不同條件下分別發(fā)送制動指令，上位機來模擬并由PLC來控制氣路系統(tǒng)相應的電磁閥，根據(jù)各個壓力傳感器傳送的值來測試制動缸壓力（BC）、總風壓力（AR）、空簧壓力1（AS1）、空簧壓力2（AS2）壓力值和壓降值；除十項測試項目外，還需要包含數(shù)據(jù)庫配置以及對人員和設備的管理與對數(shù)據(jù)生成報表和打印等工作。

2 概念與邏輯設計

城市軌道交通制動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)測試項目有十項，每項的測試方法不同，若第一次測試或者需要改變測試方式時，需要配置相應的通道和數(shù)值范圍，為了使相應的配置反映到測試數(shù)據(jù)當中，在每項測試項目中，數(shù)據(jù)庫需要保存當前配置，保證數(shù)據(jù)的完整性。根據(jù)需求分析中對人員管理要求，工作人員需要憑借用戶賬號和登錄密碼才能登錄系統(tǒng)；不同的工作人員具有不同的訪問權限；不同的裝置可進行十項測試項目中的任何一下測試，需要根據(jù)配置判斷對應的裝置是否有相應的測試項；每個裝置中測試項目可以有多種配置方案；每種裝置根據(jù)配置可以在不同車況、信號類型和控制指令下進行測試；采用數(shù)據(jù)挖掘中分析歸納法定義實體，可以抽象歸納出人員、裝置、車型、裝置指令、信號類型、十項測試項目實體。

各實體之間的聯(lián)系［7-8］有：工作人員與被測裝置實體之間多對多（m∶n）的的聯(lián)系，各測試子項目與單一被測裝置實體之間一對多（1∶m）的聯(lián)系，車型與單一被測裝置實體之間多對多（k∶m）的聯(lián)系，信號類型與單一被測裝置實體之間多對多（n∶m）的聯(lián)系，制動指令與單一被測裝置實體之間多對多（p∶m）的聯(lián)系，根據(jù)數(shù)據(jù)庫概念結構設計方法，構建實體聯(lián)系模型，得出制動裝置檢測系統(tǒng)總體E-R圖，如圖2所示。

圖2 制動裝置檢測系統(tǒng)總體E-R圖Fig.2 Overall E-R diagram of braking device detection system

在邏輯結構設計階段，根據(jù)關系數(shù)據(jù)庫理論［7-9］，在保證達到3NF范式［1-2］條件下，將E-R（實體—聯(lián)系模型）圖［1］轉換為關系模型，由于篇幅所限，只列出傳感器零點測試、氣密性測試與電氣接線測試三項測試關系表的設計，而其他測試在不同配置條件下所測試內(nèi)容不同，具體可參照上面氣密性測試的過程；在人員表、裝置表、指令表、信號表、車型表與三項測試表中分別標注主鍵和外鍵［7］，“—”為該表的主鍵，“～～～”為該表的外鍵，沒有標注說明不存在相關建，關系表的部分結構如下所示：

人員（人員編號、密碼、姓名、職稱、電話號碼、備注）

裝置（裝置編號、項目名稱、裝置型號、裝置編號、備注）

指令（指令編號、指令名稱）

信號（信號編號、信號名稱）

車型（車型編號、車型名）

傳感器零點配置（零點配置編號、裝置編號、傳感器類型、AD（壓降）范圍）

傳感器零點（傳感器零點編號、零點配置編號、傳感器類型、當前壓力值、AD值、測試結果、測試日期和時間）

氣密性配置（氣密性配置編號、裝置編號、指令編號、傳感器類型、AD范圍）

氣密性（氣密性編號、氣密性配置編號、傳感器類型、壓力值、壓降值、測試結果、測試日期和時間）

電氣接線測試配置（電氣接線配置編號、裝置編號）

電氣接線（電氣接線編號、電氣接線配置編號、110 V開關輸入、1軸速度信號輸入、2軸速度信號輸入、3軸速度信號輸入、4軸速度信號輸入、PWM信號輸入、電壓信號輸入、電流信號輸入、測試日期和時間）

在氣密性測試關系表中，氣密性測試配置表結構如表1所示，氣密性測試表結構如其中氣密性配置表如表2所示。

表1 氣密性測試配置表Tab.1 Configuration of air tightness test

表2 氣密性測試表Tab.2 Air tightness test

其它測試表的結構根據(jù)測試條件與內(nèi)容的不同而不同，在實際考察中對檢測設備的測試是流動性的，檢測人員與被測裝置只存在檢測聯(lián)系，對設備的管理，須有專門人員來管理。

3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

制動控制裝置檢測系統(tǒng)是基于VS2008和SQL2008環(huán)境下開發(fā)的，其中兩個環(huán)境之間通信采用的是ActiueX Data Object（ADO）數(shù)據(jù)庫訪問技術，可以訪問多種數(shù)據(jù)源，與OLE DB一樣，使應用程序具有很好的通用性和靈活性。通過編寫ADO類封裝通信算法，再制作成基于共享微軟基礎類庫（Microsoft Founda?tion Classes，MFC）編寫規(guī)則動態(tài)鏈接庫（DLL）的形式，采用動態(tài)鏈接庫的好處在于，對公用的庫函數(shù)，系統(tǒng)只有一個拷貝，而且只有在應用程序真正調(diào)用時，才加載到內(nèi)存。在內(nèi)存中的庫函數(shù)，也只有一個拷貝，可供所有運行的程序調(diào)用。當沒有程序需要調(diào)用它時，系統(tǒng)會自動將其卸載，并釋放其所占用的內(nèi)存空間。對于測試數(shù)據(jù)保存、刪除、修改、查詢操作，都是通過采用ADO技術將通信過程封裝成通信類后，利用基于MFC框架下DLL技術，留出通信接口，只需要編寫結構化查詢（Structured Query Language,SQL）語句，就能實現(xiàn)與SQL2008后臺數(shù)據(jù)庫通信操作（存儲、刪除、修改、查詢），在數(shù)據(jù)庫中可設置；數(shù)據(jù)存儲具有手動和自動保存兩種功能，可在配置頁面上進行配置；手動保存時，需要用戶點擊工具欄保存按鈕，而數(shù)據(jù)保存方式機制在于是否每測試完一項就保存還是全部測試完在保存，增加對數(shù)據(jù)保存的靈活性；圖3為測試數(shù)據(jù)保存時流程圖，貫穿整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)使用VC++消息映射機制［5］，采用上述通信方法，首先在頭文件中使用宏定義，然后在源文件中寫入實現(xiàn)代碼，主對話框中數(shù)據(jù)保存實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫通信的主要代碼如下所示：

圖3 數(shù)據(jù)保存流程圖Fig.3 Data retention flowchart

其它測試的數(shù)據(jù)操作代碼大同小異，數(shù)據(jù)曲線采用TCHART控件，它能夠提供上百種2D和3D圖形風格、40種數(shù)學和統(tǒng)計功能、加上無限制的軸和22種調(diào)色板組件供選擇，具有非常好的數(shù)據(jù)分析功能。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)錄入在每次測試完后，數(shù)據(jù)庫保存配置就會將相應的測試項目置位，防止認為設置，將其設置為不可修改，保證安全性，如圖4所示；數(shù)據(jù)的查詢、刪除和修改在相應的頁面上操作，如圖5所示；數(shù)據(jù)分析在選擇查詢之后，彈出數(shù)據(jù)分析曲線圖，方便用戶直觀地了解測試數(shù)據(jù)進而預判設備潛在損壞，做好維護和檢修工作。

圖4 數(shù)據(jù)保存配置Fig.4 Data storage configuration

圖5 數(shù)據(jù)分析Fig.5 Data analysis

5 結論

制動控制裝置測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計主要是為了針對目前鐵科院制動裝置的測試數(shù)據(jù)不能長期保存問題的解決奠定基礎，以減少數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常和更新異常為出發(fā)點進行設計，該系統(tǒng)關系數(shù)據(jù)理論達到3NF范式前提下，將數(shù)據(jù)冗余降到最小，節(jié)省不必要的磁盤空間，既考慮各個測試模塊間的獨立測試無損連接性［7］，同時也要考慮測試模塊耦合性［7］；通過對各個測試模塊之間進行配置，能夠很好地解決上述問題，在鐵科院外包項目中得到了體現(xiàn)；利用開發(fā)工具制作友好界面，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)分析功能，為制動控制裝置檢測系統(tǒng)能夠預判設備安全性、可靠性和檢修事故及時性奠定基礎。

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Realization and Design of Braking Control Test Database System for Urban Rail Vehicles

Yang Fengping,Huang Bingbin,Yuan Lubei,Lu Yi
(Shocl of Electrical and Electronic Engineering,East China Jiaotong university,Nanchang 330013,China)

China’s urban rail transit,as a form ofmass,rapid,safe,energy-efficient and environment-friendly transport,has become an important part of the transportation system and plays a significant role in our national economy.Urban rail vehicle braking control devicemust carry out various testing and running assessment before loading with the test platform,an important and irreplaceable part,which is also used for detecting and repairing the device.This papermainly discusses the overall concept and detailed design of the braking control database system from the perspective of concept and relationmodel.Based on Microsoft Visual Studio 2008(VS2008), ADO,DLLT and TCHART technology,this study realizes the database communication,browse,query,deletion,modification and input.At the same time,the data of testing results stored in database can be displayed in a graph form and analysis,whichmay increase the data readability.

braking control device;E-Rmodel;ADO data communication;data analysis

TS736+.2

A

2014-03-15

華東交通大學校立科研項目（11DQ06）

楊豐萍（1967—），女，教授，研究方向為交通信息工程及控制、電力牽引及傳動控制以及計算機檢測等。

1005-0523（2014）04-0038-06