基于NHibernate的核電儀控系統(tǒng)設(shè)計工具數(shù)據(jù)持久化

施國榮

（國核自儀系統(tǒng)工程有限公司，上海 200241）

1 背景

核電儀控系統(tǒng)為核電廠提供了各種控制和保護(hù)手段以及監(jiān)控信息，保證了核電廠在正常啟動、停堆、異常和事故工況下能夠安全、可靠、有效地運行。由于核電儀控系統(tǒng)涉及的系統(tǒng)多、工藝復(fù)雜、控制設(shè)備多，導(dǎo)致控制和測量點的數(shù)量龐大。目前，示范項目首堆包括10 個儀控子系統(tǒng)，技術(shù)接口61 個，測量信號約2 萬個，每個子系統(tǒng)由5 人共同協(xié)作設(shè)計。隨著項目數(shù)量增多，設(shè)計輸入和接口數(shù)據(jù)成倍增加，各項目之間的輸入和接口數(shù)據(jù)既有聯(lián)系又有區(qū)別，在各項目工程任務(wù)并行開展的情況下，設(shè)計人員會產(chǎn)生質(zhì)量問題。儀控系統(tǒng)設(shè)計團隊除了面臨上述問題外，設(shè)計過程受供貨商以及電廠現(xiàn)場變化影響大，各種數(shù)據(jù)、圖紙修改量極大（示范項目目前設(shè)計變更數(shù)量約320 個），因此可能出現(xiàn)質(zhì)量事故的概率也會增加。目前已實現(xiàn)自動化辦公，但所使用的軟件功能有限，不能很好地與目前核電儀控系統(tǒng)設(shè)計工作結(jié)合，設(shè)計人員在應(yīng)用時需要做大量的非技術(shù)性基礎(chǔ)工作，浪費大量時間。例如，設(shè)計數(shù)據(jù)以文件的形式保存，雖然實現(xiàn)了計算機化，但是仍然需要設(shè)計人員花費時間驗證文件的有效性、正確性。因此，利用信息化技術(shù)，采用更先進(jìn)的設(shè)計、管理工具，提升工作效率，降低人為失誤的概率，才是目前最行之有效的解決辦法。眾所周知，數(shù)據(jù)持久化使得程序代碼重用性強，即使更換數(shù)據(jù)庫，只需要更改配置文件，不必重寫程序代碼。此外，持久化技術(shù)可以自動優(yōu)化以減少對數(shù)據(jù)庫的訪問量，提高程序運行效率。該文將基于NHibernate技術(shù)展開研究，通過實現(xiàn)IO清單的數(shù)據(jù)持久化，與非持久化代碼進(jìn)行對比，說明程序代碼的可重用性，為工程設(shè)計工具開發(fā)提供技術(shù)支持。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計以及非持久化實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求。數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括：概念設(shè)計、邏輯設(shè)計以及物理設(shè)計。概念設(shè)計是將實際的業(yè)務(wù)對象通過分類、聚集和概括等方法進(jìn)行抽象，最終建立概念數(shù)據(jù)模型。邏輯設(shè)計是將概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計成具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所能支持的數(shù)據(jù)模型（即邏輯結(jié)構(gòu)）。物理設(shè)計需要根據(jù)特定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法等各項物理設(shè)計措施，對具體的應(yīng)用任務(wù)選定最合適的物理存儲結(jié)構(gòu)。

工程設(shè)計工具用于輔助I/O及硬件設(shè)計，維護(hù)相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，以便于應(yīng)用在對應(yīng)的工程項目上。設(shè)計工具中數(shù)據(jù)庫用于存儲設(shè)計數(shù)據(jù)信息、版本信息、相關(guān)的項目和人員等信息以及設(shè)計數(shù)據(jù)操作記錄。

E-R圖是描述概念數(shù)據(jù)模型的有效方法之一。圖1為工程師根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求分析出的工程設(shè)計工具數(shù)據(jù)庫概念數(shù)據(jù)模型，圖1展示了用戶、項目、設(shè)計數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系。邏輯設(shè)計階段將概念設(shè)計階段得到的概念模型轉(zhuǎn)換為具體的邏輯結(jié)構(gòu)（即數(shù)據(jù)表表頭），以I/O清單實體邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果為例。

圖 1 工程設(shè)計工具E-R簡圖

I/O清單表頭，即邏輯結(jié)構(gòu)包括：儀表類型、位號、工藝系統(tǒng)、信號名、信號類型、信號描述、公制量程下限、量程上限公制、量程單位公制、物理量程上限公制、物理量程下限公制、物理量程單位公制、量程下限英制、量程上線英制、量程單位英制、物理量程上限英制、物理量程下限英制、物理量程單位英制、工作介質(zhì)、工作壓力、工作溫度、供電序列、供電方式、電氣分級、質(zhì)保分級、機械分級、抗震類別、抗震鑒定、環(huán)境鑒定、D-RAP/R分級、環(huán)境壓力Min、環(huán)境壓力Max、環(huán)境溫度Min、環(huán)境溫度Max、環(huán)境濕度Min、環(huán)境濕度Max、外形包絡(luò)圖-尺寸、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、流體介質(zhì)、工藝要求測量范圍、最低溫度、最高溫度、最高流速、最小流量、最大流量、變送器類型、傳感器類型、過程接口、電氣接口、標(biāo)定量程、接口類型、I/O類型、行程時間、特殊要求、機組號、房間號、房間描述、測量方式、安裝方式、機柜號、機箱號、卡槽位置、模件類型、通道號。

2.2 非持久化方法實現(xiàn)

非持久化方法獲取IO清單數(shù)據(jù)需要通過SqlConnection類實現(xiàn)。代碼示例如下：

//新建一個數(shù)據(jù)庫連接

using（SqlConnection conn = new SqlConnection（“Data Source=（localhost）；user=develop ；password=123456”）） {

conn.Open（）；//打開數(shù)據(jù)庫

SqlCommand cmd = conn.CreateCommand（）；//創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接命令

cmd.CommandText = “SELECT * FROM IOList”；//創(chuàng)建查詢語句，獲取所有I/O清單的數(shù)據(jù)

SqlDataReader reader = cmd.ExecuteReader（）；//從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)流存入reader中

//從reader中讀取下一行數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)，reader.Read（）返回flase

while （reader.Read（））{

int ioListID = reader.GetInt32（reader.GetOrdinal（“IO_LIST_ID”））；//獲取I/O清單ID

string signalName = reader.GetString（reader.GetOrdinal（“SIGNAL_NAME”））；//獲取I/O信號名}}

上述代碼僅僅獲取I/O清單ID和信號名兩個字段。而I/O清單有65個業(yè)務(wù)字段，而整個工程設(shè)計工具數(shù)據(jù)庫有100多張表，如果要實現(xiàn)所有表的增刪改查的功能，那么就需要寫大量的SQL代碼。當(dāng)數(shù)據(jù)表發(fā)生改變時，SQL語句還需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，代碼的可讀性、可重用性低，開發(fā)和維護(hù)的成本非常高。此外，SQL查詢優(yōu)化是非常復(fù)雜的，一條看似非常簡單的語句，可能會帶來性能的影響。程序員需要有比較專業(yè)的數(shù)據(jù)庫技能，針對不同的數(shù)據(jù)庫特點對SQL語句進(jìn)行優(yōu)化。

3 NHibernate介紹和以及實現(xiàn)持久化

3.1 NHibernate體系結(jié)構(gòu)

持久化是將程序數(shù)據(jù)在持久狀態(tài)和瞬時狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的機制，它主要是將內(nèi)存中的對象存儲在關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)然也可以存儲在磁盤文件中、 XML 數(shù)據(jù)文件中等。NHibernate是一個面向.Net環(huán)境的對象/關(guān)系數(shù)據(jù)庫映射工具。對象關(guān)系映射（O/R Mapping，Object Relational Mapping）表示一種技術(shù)，用來把對象模型表示的對象映射到基于SQL的關(guān)系模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中去。NHibernate不僅管理.Net類到數(shù)據(jù)庫表的映射（包括.Net數(shù)據(jù)類型到SQL數(shù)據(jù)類型的映射），還提供數(shù)據(jù)查詢和獲取數(shù)據(jù)的方法，大幅度減少開發(fā)者開發(fā)時人工使用SQL和ADO.NET處理數(shù)據(jù)的時間。NHibernate 采用XML 文件配置方式，每一個實體類對應(yīng)一個映射文件。體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。從圖2中可以看到，NHibernate處于數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序之間，為應(yīng)用程序提供持久化對象到數(shù)據(jù)庫的服務(wù)。

NHibernate通過使用數(shù)據(jù)庫和配置文件來為應(yīng)用程序提供持久化服務(wù)，即它使用 NHibernate.properties或XML Mapping兩種配置文件方式把普通對象映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的表，從而使得應(yīng)用程序通過持久化的對象類直接訪問數(shù)據(jù)庫，而不是必須使用SQL和ADO. NET對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。

圖2 NHibernate體系結(jié)構(gòu)

3.2 NHibernate持久化步驟與實例

NHibernate持久化分為5個步驟，下面以I/O清單表為例來說明持久化方法。為了操作方便和兼容性，需要將漢字表示的邏輯設(shè)計用英文字母表示。

3.2.1 配置NHibernate

如圖3所示，在配置文件中需要告訴NHibernate使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫版本、數(shù)據(jù)庫實例（包括地址名、實例名、端口號）、用戶名稱以及用戶密碼等。

圖3 NHibernate配置信息

3.2.2 在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建I/O清單表

SQL語句如下：

VERSION_ID NUMBER（18） NOT NULL， //版本號

PROJECT_ITEM_ID NUMBER（18），//項目號

STATUS_ID NUMBER（18） NOT NULL，//數(shù)據(jù)狀態(tài)

COMMENTS VARCHAR2（4000 CHAR），//備注

IS_LATEST NUMBER（1） NOT NULL，//是否為最新

IS_VALID NUMBER（1） NOT NULL，//是否校驗

IO_LIST_ID NUMBER（18） NOT NULL，//IO 清單 ID（邏輯主鍵）

小學(xué)語文教學(xué)當(dāng)前的發(fā)展明顯滯后于教改的進(jìn)程，要求小學(xué)語文教師積極引入新課程理念來改進(jìn)語文課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生良好的語文能力。而項目學(xué)習(xí)則是一種根據(jù)教師提供的課題項目而展開自主合作探究的有效學(xué)習(xí)方式，能夠充分體現(xiàn)學(xué)生在知識學(xué)習(xí)中的主體地位。在小學(xué)語文課堂中，教師應(yīng)該貫徹落實這一理念而開展高效教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力和團結(jié)協(xié)作能力。

FILE_STORE_ID NUMBER（18），//文件 ID

TAG_NO VARCHAR2（128 CHAR） NOT NULL，// 設(shè)備位號（業(yè)務(wù)主鍵）

PROCESS_SYSTEM VARCHAR2（128 CHAR） NOT NULL，//工藝系統(tǒng)

SIGNAL_NAME VARCHAR2（128 CHAR），//信號名

SIGNAL_TYPE VARCHAR2（128 CHAR），//信號類型

SIGNAL_DESCRIPTION VARCHAR2（1024 CHAR），//信號描述

RANGE_MIN NUMBER（18，5），//量程下限

RANGE_MAX NUMBER（18，5），//量程上限

RANGE_UNIT VARCHAR2（128 CHAR），//量程單位

OPERATING_MEDIUM VARCHAR2（128 CHAR），//工作介質(zhì)

OPERATING_PRES VARCHAR2（128 CHAR），//工作壓力

OPERATING_TEMP VARCHAR2（128 CHAR），//工作溫度

POWER_DIVISION VARCHAR2（128 CHAR），//供電序列

POWER_SUPPLY VARCHAR2（128 CHAR），//供電方式

ELEC_CLASS VARCHAR2（128 CHAR），//電氣分級

WANRRANTY_GRADING VARCHAR2（128 CHAR），//質(zhì)保分級

MECH_CLASS VARCHAR2（128 CHAR），//機械分級

SEISMIC_CAT VARCHAR2（128 CHAR），//抗震類別

SEISMIC_QUAL VARCHAR2（128 CHAR），//抗震鑒定

ENVIRON_QUAL VARCHAR2（128 CHAR），//環(huán)境鑒定

CARD_POSITION VARCHAR2（128 CHAR），//卡槽位置

MODULE_TYPE VARCHAR2（128 CHAR），//模件類型

CHANNEL_NO VARCHAR2（128 CHAR）//通道號

…）；

3.2.3 構(gòu)建持久化的.Net類

代碼如下：

public class IOListObject {

public virtual string TagNO { get； set； } //設(shè)備位號

public virtual string ProcessSystem { get； set； }//工藝系統(tǒng)

public virtual string SignalName { get； set； }//型號名

public virtual string SignalType { get； set； }//信號類型

public virtual string SignalDescription { get； set； }//信號描述

public virtual double? RangeMin { get； set； }//量程下限

public virtual double? RangeMax { get； set； }//量程上限

public virtual string RangeUnit { get； set； }//量程單位

public virtual string OperatingMedium { get； set； }//工作介質(zhì)

public virtual string OperatingPressure { get； set； }//工作壓力

public virtual string OperatingTemperature { get； set； }//工作溫度

public virtual string PowerDivision { get； set； }//供電序列

public virtual string PowerSupply { get； set； }//供電方式

public virtual string ElecClass { get； set； }//電氣分級

public virtual string WanrrantyGrading { get； set； }//質(zhì)保分級

public virtual string MechClass { get； set； }//機械分級

public virtual string SeismicCategory { get； set； }抗震類別

public virtual string SeismicQual { get； set； }//抗震鑒定

public virtual string EnvironQual { get； set； }//環(huán)境鑒定

public virtual string CardPosition { get； set； }//卡槽位置

public virtual string ModuleType { get； set； }//模件類型

public virtual string ChannelNO { get； set； }//通道號…}

3.2.4 創(chuàng)建映射文件（Mapping File）

映射文件用于告訴NHibernate如何從數(shù)據(jù)表到.Net類的關(guān)聯(lián)。將需要映射的類、數(shù)據(jù)表信息編寫到一個映射文件中。

…

3.2.5 使用NHibernate的應(yīng)用程序編程接口（API，Application Programming Interface）來編程

在類中聲明NHibernate的Factory；在系統(tǒng)初始化的時候加載 XML文件，并創(chuàng)建Factory（即會話工廠，用于提供NHibernate會話環(huán)境），代碼如下：

public static void InitializeDataAccessModule（）{

Configuration config = new Configuration（）；

Assembly asm = Assembly.GetAssembly（typeof（DataAccessManager））；

string configFile = Path.Combine（Path.GetDirectoryName（asm.CodeBase.Remove（0， 8））， “user-hibernate.cfg.xml”）；//加載XML文件

config = config.Configure（configFile）；

sessionFactory = config.BuildSessionFactory（）；//創(chuàng) 建Factroy

isInitialized = true；

}

初始化后NHibernate環(huán)境后，可使用 Hql語言編寫具體的插入、修改、刪除、查詢語句，也可直接訪問對象，實現(xiàn)增刪改查操作。如下示例代碼，實現(xiàn)I/O清單的插入和更新：

public I ListInsertOrUpdateIOListInfoVersions（Listilvos） {

ISession session = GetSession（）；

foreach （IOListVersionObject ilvo in ilvos）{

if （ilvo.VersionId.HasValue） {

session.SaveOrUpdate（ilvo）；//新建或保存I/O信號

session.Flush（）；//刷新緩存

}

else

{

session.Save（ilvo）；

session.Flush（）；}}

return ilvos； }

4 結(jié)語

至此，對IO清單進(jìn)行基于NHibernate的持久化已經(jīng)實現(xiàn)，通過對比持久化前后程序代碼，可以看出數(shù)據(jù)持久化后的代碼層次更加的清晰，可重用性提高。但是，NHibernate也存在明顯的不足：為了實現(xiàn)對象與關(guān)系模型之間的映射，需要編寫復(fù)雜的XML映射文件且容易出錯； NHibernate具有較大的靈活性，體系結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用難度大；不支持存儲過程、不具備事務(wù)處理等數(shù)據(jù)庫高級功能。這些都需要我們進(jìn)一步研究與探討，例如，我們發(fā)現(xiàn)對象、關(guān)系模型以及XML映射文件的字段重復(fù)出現(xiàn)，我們是否有辦法可以只設(shè)計其中一個，而另外兩個自動生成。