ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ИСТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Дисциплина: «Системы управления базами данных»

Тема:

«Разработка физической модели базы данных «Учёт характеристик сигналов телемеханики»

Выполнил: студент группы ИСТ-2-04

Демидов А.Н.

Проверила: доцент кафедры ИСТ, к. т. н.

Николаева Н.А.

Ухта 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 5

Анализ аналогов 5

Обоснование выбора автоматизируемого бизнес-процесса 5

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7

Обоснование выбора средств разработки 7

Основные методы и способы разработки 7

Модель жизненного цикла 7

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 9

Поддержание целостности БД 9

Поддержание бизнес-логики и бизнес-правил 13

Проектирование пользовательского интерфейса 27

Пользователи и права доступа 32

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 35

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 36

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.1 DFD контекстного уроня 37

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.2 DFD 1-го уровня 38

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Данные по характеристика сигналов заданного ПЛК 39

ВВЕДЕНИЕ

Темой данного курсового проекта является разработка физической модели базы данных для АИС “Учет сигналов объектов телемеханики”. Модель проектируется для ОАО «Северные магистральные нефтепроводы». Данный процесс рассматривается с точки зрения работника сектора производственно-технических задач и телемеханика.

Вышеназванное предприятие занимается транспортировкой нефти, осуществляемой по нефтепроводам. Процесс транспортировки нефти должен обеспечиваться строгим контролем как на нефтеперегонных станциях, так и на отдельных участках нефтепровода. Это осуществляется посредством специализированных объектов телемеханики (программируемых логических контроллеров (ПЛК)).

Для обслуживания ПЛК телемеханикам требуются данные по характеристикам сигналов, которые использует конкретный ПЛК. Также они вносят изменения в эти данные. Характеристики сигналов по всем объектам телемеханики хранятся в файлах электронных таблиц Microsoft Excel на отдельном FTP-сервере с открытым для телемехаников доступом. Неэффективность такого способа хранения очевидна (более подробно в разделе анализ аналогов).

Следует отметить, что даже одна ошибка в базе сигналов может повлечь за собой аварию на нефтепроводе. В качестве замены существующей системы можно предложить создание автоматизированной информационной системы.

Данный курсовой проект является логическим продолжением курсовых проектов по дисциплинам «Информационные технологии» и «Управление данными». На предыдущих этапах работы были построены DFD контекстного и 1-го уровней, созданы концептуальная и логическая модели БД.

Целью курсового проекта по дисциплине «Системы управления базами данных» является разработка физической модели базы данных для АИС “Учет сигналов объектов телемеханики”.

В задачи данной работы входят реализация поддержки целостности данных, поддержки бизнес-логики процесса средствами СУБД.

Курсовой проект состоит из четырёх глав.

В разделе постановка задачи производится анализ аналогов создаваемой АИС и основание выбора автоматизируемого бизнес-процесса

В разделе технологическая часть обосновывается выбор средств разработки, основные используемые методы разработки, также вкратце описывается модель жизненного цикла, согласно которой проводится разработка.

В разделе основная часть обосновываются использованные способы поддержки целостности БД, поддержки бизнес-логики и бизнес-процессов, описывается и обосновывается интерфейс системы, рассказывается о выборе подхода к организации политики безопасности и доступа к БД.

И в заключении подводятся итоги выполненной работы.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Анализ аналогов

Аналогов, полностью повторяющих функциональность разрабатываемой системы не существует.

На предприятии-заказчике на данный момент для хранения значений характеристик сигналов используются файлы электронных таблиц Microsoft Office Excel. Недостатки такого способа хранения заключаются в следующем:

• не поддерживается целостность данных

• отсутствует контроль изменений данных

• необходимость вводить данные два раза, сначала в о SCADA RealFlex, затем в книги Excel, что замедляет исполнение заявок, а также может привести к несогласованности между данными из двух баз

Создаваемая система призвана устранить все эти недостатки.

Обоснование выбора автоматизируемого бизнес-процесса

На этапе анализа требований встала проблема определения границ системы. С этой целью была построена DFD контекстного уровня (Приложение 2.1), определён главный процесс и внешние сущности. Затем процесс был декомпозирован на подпроцессы (Приложение 2.2):

1. Выдать данные о несовпадающих сигналах

2. Принять заявку

3. Выдать данные о сигналах

4. Найти заявку

Было решено автоматизировать все подпроцессы, т.к. без какого либо из них система не будет соответствовать функциональным требованиям, предъявляемым в техническом задании (курсовая работа по дисциплине «Информационные технологии»).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Обоснование выбора средств разработки

На данный момент лидерами среди СУБД корпоративных ресурсов являются Microsoft SQL Server и Oracle. Для данного проекта нет принципиальной разницы в какой из этих СУБД будет реализована физическая модель базы данных. Они обе поддерживают все необходимые декларативные ограничения целостности, а также обладают средствами программной поддержки целостности (хранимые процедуры, триггеры).

Независимые исследования показали, что SQL Server обеспечивает выполнение запросов быстрее Oracle, зато Oracle обладает более продуманной системой безопасности.

Выбор пал на SQL Server 2005, так как он проще в использовании, а также обладает визуальными средствами создания БД.

Основные методы и способы разработки

Выбор стоял между созданием базы данных написанием и выполнением запросов и визуальным созданием средствами SQL Server 2005. В конечном итоге все таблицы, ограничения были заданы с использованием визуальных инструментов. Это позволило существенно сократить затраты времени на разработку проекта.

Модель жизненного цикла

Разработка проходила согласно модели жизненного цикла RUP (Rational Unified Process). Жизненный цикл информационной системы делится на следующие стадии:

• Постановка задачи;

• Анализ;

• Проектирование;

• Реализация (кодирование);

• Отладка;

• Тестирование;

• Внедрение;

• Эксплуатация.

Разработка протекала итерационно, т.е. с постоянным возращением с текущего этапа на предыдущие и внесением изменений в соответствующую документацию (требования к системе, архитектура системы и т.п.).

Такой подход очень подходит для неопытного разработчика, т.к. например, полностью сформулировать требования к системе – задача непосильная, а по мере продвижения по жизненному циклу это оказывается намного проще.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Поддержание целостности БД

Целостность базы данных данного проекта поддерживаться декларативно и программно.

Согласованность и корректность данных на уровне отношения обеспечивается за счёт назначения первичных и уникальных ключей. Рассмотрим, как это реализуется на примере таблицы РНУ:

CREATE TABLE Requests(

ID_Request int IDENTITY(1,1) NOT NULL,

Prefix char(2) NOT NULL,

Number int NOT NULL,

WriteDate smalldatetime NOT NULL,

ExecDate smalldatetime NOT NULL,

ID_SPTZAdminLogin int NOT NULL,

CONSTRAINT PK_Requests PRIMARY KEY (ID_Request),

CONSTRAINT UK_RequestsPrefixNumber UNIQUE(Prefix,

Number))

Здесь первичным ключом является атрибут ID_Request, а уникальным – комбинация атрибутов Prefix и Number. Суррогатный ключ ID_Request был введён, потому что ключ (Prefix, Number) является составным, занимает слишком много памяти и при ссылке на него из записей других таблиц будет требоваться больше места для их хранения.

Уникальные ключи также были назначены отношениям RNUs (NameRNU), PLCs (NamePLC), DataTypes (NameDataType) и SPTZAdminsLogins (NameLogin).

В рассмотренном отношении не хватает ещё одного ограничения, это:

ALTER TABLE Requests

ADD CONSTRAINT CK_Requests_Dates

CHECK (WriteDate <= ExecDate)

Ограничение CHECK служит для обеспечения целостности на уровне кортежа и используется проверки корректности сохраняемых записей. В данном случае оно не позволяет ввести дату исполнения заявки последующую дате исполнения заявки.

Данное ограничение также установлено в таблице TITRSignals (MinEnginGrade

На уровне атрибутов почти для всех полей были назначены ограничения целостности NOT NULL. Исключение составляет лишь атрибут Comment таблиц TITRSignals и TUTSSignals, т.к. примечания – это единственное, что допускается не сохранять вместе с данными о характеристиках сигнала. Данное ограничение позволяет сохранить информативность данных.

На уровне отношений ссылочная целостность поддерживается определением внешних ключей с помощью инструкции FOREIGN KEY. Большинство ключей создано с использования опций ON DELETE NO ACTION, ON UPDATE NO ACTION. Это сохраняет согласованность БД, не позволяя удалять данные, например, из словарей, если на них ссылаются записи дочерних таблиц. Но имеется несколько исключений:

ALTER TABLE PLCs

ADD CONSTRAINT FOREIGN KEY (ID_RNU) REFERENCES RNUs

ON DELETE CASCADE

ALTER TABLE TITRSignals

ADD CONSTRAINT FOREIGN KEY (ID_PLC) REFERENCES PLCs

ON DELETE CASCADE

ALTER TABLE TUTSSignals

ADD CONSTRAINT FOREIGN KEY (ID_PLC) REFERENCES PLCs

ON DELETE CASCADE

Такой подход упрощает удаление районных нефтяных управлений, т.к. вместе с ними автоматически удаляются связанные программируемые логические контроллеры, а также ПЛК, т.к. с ними удаляются все связанные сигналы.

Помимо всех вышеперечисленных ограничений целостности декларативно поддерживается целостность на уровне домена. Эти ограничения отображены на физической модели БД (Приложение 1). Следует заметить, что на атрибуте SignificantBit таблицы TUTSSignals для этого ограничение пришлось задать следующим образом:

ALTER TABLE TUTSSignals ADD CONSTRAINT

СK_TUTSSignals_SignificantBit CHECK (SignificantBit]<8)

Декларативный механизм не позволил задать некоторых ограничений целостности. Вместо этого использовались триггеры.

Во-первых, номера ПЛК в пределах одного РНУ должны быть уникальны.

CREATE TRIGGER UniquePLCNumberInRNU

ON PLCs

FOR INSERT, UPDATE

AS

DECLARE @NumPLCs INT

SELECT @NumPLCs = COUNT(ALL i.ID_PLC)

FROM PLCs p INNER JOIN inserted i

ON p.ID_RNU = i.ID_RNU

WHERE p.NumberPLC = i.NumberPLC

IF @NumPLCs > 0

BEGIN

raiserror(Попытка внести в базу данных ПЛК с уже занятым номером!', 16, 1)

ROLLBACK TRAN

END

Во-вторых, адреса МЭК сигналов, принадлежащих одному ПЛК должны быть уникальны.

CREATE TRIGGER UniqueMEKAdressOnPLC

ON TITRSignals

FOR INSERT, UPDATE

AS

DECLARE @NumTITRS INT

DECLARE @NumTUTSS INT

SELECT @NumTITRS = COUNT(ALL s.ID_TITRSignal)

FROM TITRSignals s INNER JOIN inserted i

ON s.ID_PLC = i.ID_PLC

WHERE s.MEKAdress = i.MEKAdress

SELECT @NumTUTSS = COUNT(ALL s.ID_TUTSSignal)

FROM TUTSSignals s INNER JOIN inserted i

ON s.ID_PLC = i.ID_PLC

WHERE s.MEKAdress = i.MEKAdress

IF (@NumTITRS + @NumTUTSS) > 0

BEGIN

raiserror(Попытка внести в базу данных сигнал с уже занятым МЭК адресом для данного ПЛК!', 16, 1)

ROLLBACK TRAN

END

В данных случаях программная поддержка целостности является единственным способом обеспечения согласованности и корректности хранимых данных.

Поддержание бизнес-логики и бизнес-правил

При выполнении курсового проекта по дисциплине «Информационные технологии» была построена DFD процесса «Учёт сигналов телемеханики» (Приложение 2). На этом этапе он был декомпозирован на 4 подпроцесса;

1. Выдать данные о несовпадающих сигналах

2. Принять заявку

3. Выдать данные о сигналах

4. Найти заявку

Произведя анализ входных и выходных потоков, был составлен словарь данных, на основании которого в конечном итоге мы получили сначала концептуальную, а затем логическую модели БД (курсовой проект по дисциплине «Управление данными»). Физическая модель, созданная при выполнении данного проекта, поддерживает бизнес-логику данного процесса.

Для ввода новых данных по характеристикам сигналов составляется специальная заявка (Приложение 3). В выполнении данной операции участвует 12 хранимых процедур. Внесение заявки в базу данных выполняется в рамках одной сериализуемой транзакции. Такой уровень изоляции был выбран для обеспечения лучшей изоляции обрабатываемых данных во время транзакции. Учитывая то, что заявки выполняются намного реже просмотра данных, это оправданное решение. Если во время какой-либо из процедур произошёл сбой, она откатывает транзакцию.

Ниже они изображены на диаграмме в той последовательности, в которой вызываются.

Сперва хранимее процедуры GetTITRSignalsOnPLC и GetTUTSSignalsOnPLC возвращают администратору СПТЗ список сигналов соответствующих данному ПЛК.

CREATE proc GetTITRSignalsOnPLC

@NameRNU VARCHAR(50),

@NumberPLC INT

AS

DECLARE @ID_PLC INT

exec @ID_PLC = FindPLC @NameRNU, @NumberPLC, 0

SELECT NameDataType, NameSignal, MEKAdress, MaxEnginGrade, MinEnginGrade, MaxPhysicGrade, MinPhysicGrade, IsTISignal

FROM (SELECT *

FROM TITRSignals s

WHERE s.ID_PLC = @ID_PLC AND isDeleted != 1) s INNER JOIN DataTypes d

ON s.ID_DataType = d.ID_DataType

Затем, используя предоставленный клиентским приложением интерфейс, пользователь назначает изменяемым сигналам примечания. Стартует транзакция внесения заявки в БД.

Сначала вносятся данные по заявке.

CREATE PROCEDURE InsertRequest

@Prefix CHAR(2),

@Number BIGINT,

@WriteDate DATETIME,

@ID_Request BIGINT OUT

AS

DECLARE @ID_SPTZAdminLogin INT;

SELECT @ID_SPTZAdminLogin = ID_SPTZAdminLogin

FROM SPTZAdminsLogins

WHERE NameLogin = SUSER_NAME()

IF @ID_SPTZAdminLogin IS NULL BEGIN

INSERT INTO SPTZAdminsLogins (NameLogin) VALUES

(SUSER_NAME())

SET @ID_SPTZAdminLogin = @@IDENTITY

END

IF EXISTS(SELECT ID_Request FROM Requests

WHERE Prefix = @Prefix AND Number = @Number)

BEGIN

raiserror('Заявка с таким номером и префиксом уже существует в базе данных!', 15, 1)

RETURN

END

INSERT INTO Requests (Prefix, Number, WriteDate, ExecDate,

ID_SPTZAdminLogin)

VALUES (@Prefix,@Number, @WriteDate, GETDATE(),

@ID_SPTZAdminLogin)

SET @ID_Request = @@IDENTITY

Эта процедура возвращает приложению, её вызвавшему ID заявки, по которому оно далее может добавлять, редактировать, удалять сигналы.

В целях предотвращения намеренной подмены даты исполнения заявки на стороне клиента, данная процедура делает подзапрос к процедуре GetCurrentDateTime.

CREATE PROCEDURE GetCurrentDateTime @CurrDateTime DATETIME OUT

AS

SET @CurrDateTime = GETDATE()

Столь небольшой участок кода был выделен в отдельную процедуру из-за того, что он вызывается и со стороны клиентского приложения.

Следующим этапом с использованием InsertTITRSignal, InsertTUTSSignal добавляются сигналы в базу данных, UpdateTITRSignal, UpdateTUTSSignal – обновляются, DeleteSignal – удаляются.

Ниже приведён код некоторых из этих процедур:

REATE PROCEDURE InsertTITRSignal

@NameDataType VARCHAR(20),

@NameSignal VARCHAR(50),

@MEKAdress SMALLINT,

@MaxEnginGrade INT,

@MinEnginGrade INT,

@MaxPhysicGrade INT,

@MinPhysicGrade INT,

@Comment VARCHAR(300) = NULL,

@NameRNU VARCHAR(50),

@NamePLC VARCHAR(50),

@NumberPLC INT,

@ID_Request BIGINT,

@IsTISignal BIT

AS

DECLARE @ID_PLC INT

EXEC @ID_PLC = FindPLCWithInsUpd @NameRNU,

@NamePLC,@NumberPLC

DECLARE @TITRSigCount INT

SELECT @TITRSigCount = COUNT(ID_TITRSignal)

FROM TITRSignals

WHERE ID_PLC = @ID_PLC AND MEKAdress = @MEKAdress AND

IsDeleted = 0

DECLARE @TUTSSigCount INT

SELECT @TUTSSigCount = COUNT(ID_TUTSSignal)

FROM TUTSSignals

WHERE ID_PLC = @ID_PLC AND MEKAdress = @MEKAdress AND

IsDeleted = 0

IF (@TITRSigCount + @TUTSSigCount) > 0 BEGIN

raiserror('Сигнал с Адресом МЭК %d, принадлежащий ПЛК №%d из РНУ %s уже содержится в базе данных! Вставка невозможна.', 16, 1, @MEKAdress, @NumberPLC, @NameRNU)

RETURN

END

DECLARE @ID_DataType INT

EXEC @ID_DataType = FindDataTypeWithInsUpd @NameDataType

INSERT INTO TITRSignals (NameSignal, MEKAdress,

MaxEnginGrade, MinEnginGrade, MaxPhysicGrade,

MinPhysicGrade, Comment, IsDeleted, ID_PLC,

ID_DataType, ID_Request, IsTISignal)

VALUES(@NameSignal,@MEKAdress, @MaxEnginGrade,

@MinEnginGrade, @MaxPhysicGrade,