基于UML 的DCS 数据库系统的建模与实现

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摘要：DCS数据库系统在DCS中起着重要作用，通过对UML的分析，采用利用面向对象的建模方法和可视化建模工具Rational Rose对其建模。先是对DCS数据库系统进行了需求分析，然后从多方面建立了较为完整的UML模型，最后在Visual C++ 6.0平台下编程实现了DCS数据库系统的各项功能。UML图形化的建模方式，使用户更易了解系统并给以后的开发和维护带来了方便。

关键词：UML；Rational Rose；数据库系统；建模

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）18-4163-04

分散控制系统（Distributed Control System，DCS） [1]已经成为计算机工业控制系统的主流，并且在各种生产过程中得到了应用。对于一套DCS系统，数据库系统是整个DCS的核心，它负责所有的数据组态和数据管理[2]，是DCS监控层和控制层能正确稳定运行的关键。数据库系统的开发是一项复杂的工程，在编程之前若建立清晰的模型则对开发将会有着重要的帮助作用，基于此采用uml建模的方法和Rational Rose工具来实现dcs数据库系统的功能。

1 UML与Rational Rose简介

UML即统一建模语言，是一种可视化的建模方法。UML建模主要是基于图的建模，UML为用户提供了多种视图表示方法，具有很好的直观性和可读性。 UML主要定义了五类图[3]：用例图、静态图、行为图、交互图和实现图。用例图主要是从使用者角度进行的需求分析；静态图是系统的静态模型，包括每个类的类图和对象图；行为图则是从动态属性方面绘制的活动图和状态图；交互图体现了对象间的交互关系，包括顺序图和协作图；实现图则是通过构件图和部署图描述整个系统硬件节点的结构。

Rational Rose是支持UML的建模的一种工具，它可以提供系统开发各个阶段的UML表达方法。它还支持模型和代码之前相互转换的功能。在代码或模型修改时，可以很好保证两者的一致性，而且对于以后系统的维护和再次开发保存了形象的的图形表示方式。

2 需求分析

软件开发的初始阶段就是系统的需求分析[4]，需求分析展现了用户对目标软件系统在功能、行为、性能、约束等方面的期望，只有需求做的完善，后续的开发工作才能更顺利的进行。充分的需求分析可对软件初始阶段设计的缺陷和不足进行补充完善，软件的开发效率和软件质量也会提高。

本文所研究的DCS数据库系统的功能性需求主要包括以下内容：

1）增加、删除现场控制站：用户以离线组态权限登录DCS系统，此时可以在数据库执行对现场控制站的增加和删除操作。

2）增加、删除IO模件：用户登录系统后，在数据库离线的情况下，可以执行IO模件的增加和删除操作。

3）设置工程参数：用户以离线组态方式登录系统，可以对工程参数进行设置。

4）数据点的导入导出：将某个站的数据点信息导出到EXCEL表格中；在数据库离线的情况下，将外部EXCEL表格中数据点导入到数据库中。

5）站属性、模件属性、数据点属性的修改：数据库离线的情况下，可以对现场控制站、模件的属性进行修改，可以在线修改数据点的属性。

6）按条件查询数据点：可以查询数据库中符合条件的数据点，并显示在界面。

7）显示站配置信息、模件配置信息：用户可以查看当前数据库的站配置信息、模件配置信息。

8）文件的保存：可以对当前数据库的站信息、模件信息、数据点信息进行保存，保存到硬盘的文件上。

9）响应其他软件的消息：可以对DCS其他软件发来的消息进行响应，与其他软件进行通信。

10）切换到DCS的其他上位软件：用户可以切换到DCS系统的其他上位软件。

3 DCS数据库系统可视化建模

3.1创建系统用例模型

进行系统分析和设计的第一步是创建系统的用例模型。用例是根据需求分析得来，系统的整个开发过程就是实现各个用例[5]。

首先确定系统的参与者，DCS数据库系统的主要参与者是工程师和操作员。登录DCS系统之后，可以进行的操作包括，对现场控制站、IO模件的增加、删除，设置工程参数，数据点的导入、导出，修改站属性、模件属性、数据点属性，按条件查询数据点，显示站配置信息、模件配置信息，切换到DCS的其他上位软件，对文件的保存等操作。根据需求得到数据库系统的用例图，如图1所示。

3.2创建系统的静态模型

系统的静态模型主要用类图来实现。通过设计类与类之间的关系体现系统的静态结构。类图并不描述系统是如何协作运行，而是描述了系统的构成方式。下面以数据库程序的共享内存部分为例展示系统的类图的创建。

图2反映了数据库共享内存类之间的结构关系，共享内存基类CSharedMem从CObject继承，它又派生了三个类：CMemSTNodeState， CMemRTNodeState， CSharedMemAVDV， 其中，CSharedMemAVDV又是CMemRTAV，CMemSTAV，CMemRTDV，CMemRTDV的基类，表示了动态数字量、静态数字量、动态模拟量和静态模拟量几种数据点类型。图3是对CSharedMem类的属性和方法的定义。

3.3创建系统的动态模型

动态模型包括行为图和交互图。

交互图包括顺序图和协作图，两种侧重不同[6]，顺序图是对象之间基于时间顺序的动态交互，而协作图更侧重表示对象间的关系，如图4和图5为模件配置总览的顺序图和协作图，二者是可以相互转换的。

图4表示的是用户查看模件配置总览时的顺序图。该图中涉及到5个对象进行交互，分别是用户、界面、文档类、IO模件链表类、模件配置总览对话框类。整个过程共有8个步骤，图5表示的则是模件配置总览协作图，它是根据该用例的顺序图自动生成的，由图中可以看出，与序列图不同，协作图各侧重反应对象之间的相互关系。

行为图包括活动图和状态图，状态图以状态为中心，主要描述多个状态间的转换；活动图类似流程图，用于对计算流程和工作流程建模。

图6和图7，分别表示的是“查询”用例的活动图和状态图。图6活动图中，各圆角矩形各表示用户的一个活动，活动之间的转换用带箭头的实线段表示，箭头指向转向的活动。图7状态图中，圆角矩形表示一个状态，状态之间的转换用带箭头的直线表示，一端连接源状态，箭头指向目标状态，若转换上没有标注触发的事件，则表示此转换自动进行。

3.4创建系统的部署模型

对系统的实际结构建模就需要部署图和构件图[7]。它们之间不同在于：构件图用来帮助开发人员了解系统的物理组织结构，部署图则用来帮助安装、部署人员掌握系统的拓扑结构。图6和图7分别为系统数据库的构件图和部署图。

4 结论

本文通过介绍UML在DCS数据库系统建模中的应用，总结出使用UML进行系统建模的方法。系统建模是系统设计和开发过程中非常重要的部分，UML能够在尽可能简单的同时满足对实际开发的需要，并进行系统的各个方面的建模。UML作为一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术，成为面向对象技术学习中不可缺少的一部分，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1] 翟永杰，王学厚，张悦，等.火电厂分散控制系统原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2] 王常力，罗安.分布式控制系统（DCS）设计与应用实例[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3] 鲁博，柴越廷.关于统一建模语言-UML[J].计算机工程与科学，2000，22（4）：57-60.

[4] 蔡敏，等.UML基础与Rose建模教程[M].北京：人民邮电出版社，2006.

[5] 李磊，王养廷，杜启军.面向对象技术及UML教程[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[6] 唐作其，李娜.基于UML的城市应急联动系统建模[J].计算机工程与设计，2010，31（9）：2044-2051.

[7] 吴建，郑潮，汪杰.UML基础与Rose建模案例[M].北京：人民邮电出版社，2012.