實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其在有軌電車弱電集成系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔣 帥 趙欣煬 鄭耀星 張熙林

1．西京學院，陜西 西安 710000；

2．山西工程技術(shù)學院，山西 陽泉 045000

對于組態(tài)軟件來說，實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是組成它的重中之重，它能夠在第一時間獲取現(xiàn)場的各項運行數(shù)據(jù)，有了它就意味著控制系統(tǒng)有了一個正常工作的基本前提。對于傳統(tǒng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)存儲量的多少，其準確率的高低，都是評判一個系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標，因此“實時性”的概念就會相對應(yīng)的弱化。而實時數(shù)據(jù)庫的概念正好可以彌補這一缺陷，但設(shè)計這種概念也正是重難點。

一、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

所有的數(shù)據(jù)存儲在實時數(shù)據(jù)庫中，都有其在現(xiàn)實世界相對應(yīng)的映射，所以實時數(shù)據(jù)要根據(jù)外部的變化而實時更新。此外，實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中普遍的事物都存在著競爭與共享兩種關(guān)系，其中包括硬盤的存儲空間，CPU 運行時間以及數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)等等。這種競爭式的資源共享也引起了許許多多的麻煩。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用的并發(fā)控制技術(shù)為鎖式控制協(xié)議，不僅是因為在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的事務(wù)以軟實時事物為主，故障處理事務(wù)只是偶爾出現(xiàn)，而且還是由于計算機內(nèi)部資源十分有限造成的。

實時數(shù)據(jù)庫的接口溝通了用戶程序與實時數(shù)據(jù)庫中的聯(lián)系，它使得用戶可以直接對其中的數(shù)據(jù)進行訪問。具體方式為向用戶提供一組函數(shù)的集合，這組集合預(yù)先被設(shè)定了其被調(diào)用的規(guī)則，接口函數(shù)所提供的這組函數(shù)集合可以被直接調(diào)用的這一特點，使研發(fā)人員在開發(fā)新的用戶程序時的效率得到極大地提高。另外，由于Windows 系統(tǒng)中的動態(tài)鏈接庫文件在被程序調(diào)用時可能會出現(xiàn)被多個用戶程序同時調(diào)用的情況，所以在動態(tài)連接庫中只需置入一次內(nèi)存就可以達到共享的目的，這種方法對于節(jié)省內(nèi)存資源十分有效，因此實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中接口函數(shù)被用戶程序調(diào)用時將會以動態(tài)連接庫的方式出現(xiàn)。接口函數(shù)中大部分都含有一個或多個參數(shù)，并且具有返回值類型。接口函數(shù)內(nèi)部會檢查參數(shù)的正確性，返回值表示接口函數(shù)執(zhí)行正確與否，如果接口函數(shù)執(zhí)行出現(xiàn)錯誤，接口函數(shù)返回值會返回錯誤信息，用戶調(diào)用程序通過檢查接口函數(shù)返回值判斷函數(shù)是否能夠成功執(zhí)行。

二、系統(tǒng)的應(yīng)用

截至現(xiàn)在，中國國內(nèi)的鐵路線路大部分使用適度集成的模式來進行運營，行車調(diào)度和綜合監(jiān)測等處于行車過程中安全考慮的系統(tǒng)出于一些比較特殊的需求，依舊建議單獨設(shè)立。這樣做最大的缺點就在于，整合系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的高效率互動將會變得十分困難。倘若在列車行駛過程中發(fā)生了某些故障，系統(tǒng)之間的反應(yīng)聯(lián)動速度緩慢就會給軌道交通帶來極大的運營管理困難。如果想要在一個可以整合全部系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺上，對整座列車以及其動力及機電設(shè)備進行實時監(jiān)控的話，那么一個可以溝通系統(tǒng)現(xiàn)場硬件設(shè)備與用戶實時監(jiān)測界面的紐帶將是必不可少的。組態(tài)軟件具有可以多變地創(chuàng)造質(zhì)量較高的用戶開發(fā)界面，并且也可以兼容多種常見通信協(xié)議以及工業(yè)的控制設(shè)備。此外，它還可以將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與工業(yè)計算機聯(lián)結(jié)起來，以此達到為控制層和管理層提供硬件和軟件所有接口的目的。由此可見，通過組態(tài)軟件進行弱電集成系統(tǒng)的開發(fā)是極佳的決定。

通過聯(lián)系有軌電車弱電集成系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)，歸納整合得出一個實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的具體數(shù)據(jù)模型。對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的各項功能模塊及其結(jié)構(gòu)進行分析，并且通過運用動態(tài)鏈接庫技術(shù)以及面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計的這種方法，為提供實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接口函數(shù)做出了很大的貢獻。對于實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中由于多個事務(wù)在計算機系統(tǒng)中同時共享資源，以至于引起沖突的問題，一般使用鎖式并發(fā)控制技術(shù)來解決。經(jīng)過傳統(tǒng)2PL 算法與優(yōu)先級2PL 的算法進行一系列比較之后，發(fā)現(xiàn)使用2PL—HP 算法相比傳統(tǒng)方法會更容易引起活鎖的發(fā)生，同時也會浪費更多有限的計算機資源；但2PL—HP算法實現(xiàn)了鎖式并發(fā)控制，在解決倒置優(yōu)先級事務(wù)的問題上有顯著成效?？梢哉f既有利也有弊，在實時事務(wù)并發(fā)控制協(xié)議算法的處理上也仍舊存在一些不足之處，上述情況僅僅是在基于有限的計算機資源中實時系統(tǒng)處理軟事務(wù)較多的前提下做出的探索與討論。

三、結(jié)束語

在使用組態(tài)軟件對有軌電車的弱電集成系統(tǒng)進行開發(fā)的過程當中，在特定時候系統(tǒng)需要實時監(jiān)測整座列車及其機電動力設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。在這一過程中，實時數(shù)據(jù)庫可以實時反映這些設(shè)備數(shù)據(jù)的狀態(tài)。因此實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行關(guān)乎到整個列車系統(tǒng)能否正常進行工作。