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红云红河烟草（集团）有限责任曾学｜物流技术与应用

冗余设计是提高自动化物流系统可靠性和可用性的主要方法之一。本文分析了大型自动化物流系统的特点，从冗余设计六个方面阐述了提高自动化物流系统可靠性和可用性的方法。实践证明，冗余设计可以提高自动化物流系统的可靠性和可用性，达到物流系统不间断运行的目的。

文｜鸿运鸿禾烟草（集团）有限责任公司许月明、王磊

姚正亚、王祥雷、昆明昆川物流信息产业有限公司

昆明船舶装备集团有限公司曾雪

来源｜物流技术与应用

一、概述

在关系国计民生和经济社会发展的大型自动化物流系统中，系统的高可靠性和高可用性是系统建设的主要目标之一。此类大型物流系统一般具有以下特点：

1、规模大

设备1000多台套，货物运输线路总长数十公里。

2. 技术复杂度

系统包括机械、自动控制、计算机等硬件设备；采用自动检测与控制、信息识别、处理与交换等技术；涉及物联网、大数据、云计算等高新技术领域，技术难度和技术复杂度高。花费。

3. 高集成度

该系统集成了多种功能性输送设备（皮带输送机、收集输送机等）、分拣设备（交叉带式分拣机或倾斜托盘分拣机、垂直分流器、水平分流器等）、装卸设备（机器人、 AGV等）、仓储设备（堆垛机、多层穿梭车等）、集成多种物联网设备（条码扫描器、RFID阅读器、图像阅读器、工业相机等）等；系统 需要与多个控制和信息系统对接，完成数据交互，实现相关业务流程。

4. 高可靠性和可用性要求，系统必须支持不间断运行

为了减少系统的平均停机时间，保证货物的连续收发，最大化物流系统利益相关者的经济效益和社会效益，“冗余”是设计人员常用的方法之一。

二、冗余设计的思路

冗余设计就是用系统的思维方式对系统进行设计和规划。系统的全流程、单机控制、管控软件等都应遵循冗余思想完成规划设计，使系统所有关键部件冗余，不会出现任何单点故障影响系统的正常运行。即使某个关键节点发生故障网络设备冗余设计，系统的其他部分也应具备热备份和应急功能，以保证系统的持续运行。

大型自动化物流系统的冗余设计可以从六个方面考虑：

1.布局冗余

大型物流系统一般在不同区域内实现业务功能，在总体规划中，区域内应高度聚合，区域间低耦合。在设计中，需要对关键区域进行冗余备份，避免因某个区域出现故障而影响整个系统或物流园区的运行。

2. 功能组冗余

实现系统的关键功能组的冗余设计。一些灵活的自动化搬运设备也可以用来替代传统的输送链式方式。在使用穿梭车、AGV、KIVA等柔性设备时，需要预留刚性输送设备与柔性设备的连接接口，实现功能组冗余。

3.物流路径冗余

物流的关键运输路径避免了单节点设计，从源头到目的地至少有两条路径。

4、控制系统硬件冗余

计算机系统和自动控制系统中的关键硬件部件应进行冗余设计。

5.支持软件冗余

通过选择合适的配套软件，可以实现计算机系统的集群化。

6、应用软件冗余

要在支持该软件的集群中运行应用软件，还必须进行相应的冗余设计。应用软件不仅需要实现分布式部署，通过负载均衡技术满足系统的可靠性，还需要具备自动切换物流路径、运行模式或人机调度相结合的模式的能力当某个节点的输送设备发生故障时。目的是系统连续稳定运行。

三、应用案例

一个大型自动化物流系统，集成设备约4000台（套），货物输送线总长15公里，各种电缆总长400公里，急停控制点超过1500个，交叉安全区域近200个。货物信息识别率高于99%，高峰时段分拣货物量5000余件，系统建设要求不间断运行。本物流系统设计方案遵循上述冗余设计思想。

1.布局冗余

如图1所示，该布局包括东、西两个区域，互为镜像。系统调试阶段，可一区运营，一区调试，实现整个物流系统分区上线的“热插拔”功能，践行“统一规划、分步实施”的科学发展理念。 - 步骤实施”。在高峰时段，两个区域同时运作，高效处理货物的分拣和发送；在非高峰时段，可根据实际需要关闭一定区域，以达到物流中心节能环保的目的。如果一个区域的故障完全有效，则另一个区域可以继续运行网络设备冗余设计，而不受故障区域的影响。

2. 功能组冗余

在图1中，系统中的关键功能组是冗余的，每个区域配备了两组分拣机。如果其中一个分拣机出现故障，另一组分拣机可以接收区域内的所有货物进行处理。排序。在该系统中还冗余配置了人工处理站、信息读取和检测设备等。设备数据采集与监控系统SCADA与PLC主控柜上的本地监控功能相互冗余。如果 SCADA 与 PLC 失去连接或完全关闭，可使用 PLC 主控柜上的监控功能继续监控系统。

3.物流路径冗余

如图2所示，所有进口货物都有两条以上的路径到冗余分拣机，再经过分拣机分拣后到达目的地，避免了货物因设备故障无法及时分拣的风险。

4、控制系统硬件冗余

如图3所示，可编程控制器PLC的CPU采用冗余多处理器结构。各处理器相互监控，如果一个CPU出现故障，控制系统立即切换到另一个CPU运行，并发出报警信息。同时，可编程控制器PLC还对内部RAM、EPROM、输入输出寄存器等元件进行实时监控，并利用特殊的测试脉冲检测输入信号和输出受控元件。如果出现异常，控制器立即切换到安全保护状态和报警信息。

PLC 配置如表 1 所示。

PLC系统基于主流工业现场总线，采用时间检测、地址检测、连接检测、冗余校验等一系列措施，达到更高的可靠性和安全级别。

对于整个系统的核心管理部分，计算机系统配置了两台UPS，分别为每个机柜内的两台PDU供电。所有服务器主机都配备了两个电源模块，两个电源模块连接到不同的PDU。当一个电源模块出现故障时，主机会自动切换到另一个电源模块，不会导致服务器关机。

计算机系统网络结构配备冗余接入层交换机、核心交换机、防火墙和区域存储网络SAN。计算机主机（服务器、工作站等）配置两张以上的网卡，通过网卡绑定策略将多张网卡转换为一张逻辑网卡接入网络。当计算机主机的网卡出现故障或网络设备出现故障时，会因网卡导致系统的单点通信故障，从而影响系统的运行。图 4。

整个服务器和磁盘阵列都配置了冗余硬盘，配置为RAID1或RAID5，保证一个硬盘故障时数据不会丢失。

5.支持软件冗余

对于WEB服务等允许短期中断的应用系统，设计和部署在托管服务器虚拟化环境中。在这种环境下，WEB应用服务可以实现系统级高可用、应用级高可用、容错和在线系统迁移。、存储在线迁移、资源动态负载均衡、虚拟机自动备份等功能。通过重新启动虚拟机完成迁移。在迁移过程中，系统可能会中断几分钟。负载均衡功能可以让用户的查询服务和报表服务分布在不同的虚拟机上执行，可以有效降低网络负载，提高系统可用性。

对于必须持续运行的应用系统，如物流控制核心服务，设计部署在托管服务器虚拟化环境中，并通过——作为无缝系统切换的集群管理软件——由两部分组成，一个是主机和应用端高可用系统VCS，另一部分是存储管理和虚拟化系统Store。两者结合可以实现一个高可用的系统，从存储到主机再到应用，没有任何单一的故障。结合VCS GCO选件和-VVR选件，可以将整个系统扩展到国家规定的最高容灾标准。

支持只能在一个节点上运行并在该节点发生故障时迁移到其他节点的应用类服务。例如：与MES的接口，负责接受来自MES的命令，这种接口一般只在一个节点上活跃。当接口节点发生故障时，集群管理软件可以识别故障，将其迁移到第二个节点并激活它，并继续接收来自MES的生产指令，而不会导致系统整体故障。

针对系统数据中心，设计和部署支撑软件Real（RAC，实时应用集群）。用于在集群环境下实现多机共享数据，自动实现并行处理和负载均衡，实现数据库故障容错和无断点恢复。

6、应用软件冗余

系统包括几个关键应用软件，如：设备数据采集与监控SCADA、物流调度与控制系统等。关键应用软件设计部署在多个虚拟机节点上。在这些虚拟机节点上，利用分布式缓存技术实时复制数据，达到多台服务器数据同步的目的。货物的位置信息、设备的运行状态等数据在应用软件部署的多个节点上实时更新。当一个节点发生故障时，另一个节点接管它的工作并继续处理业务。

4。结论

上述物流系统运行平稳近3年，未发生重大停机事故。实践证明：在大型自动化物流系统中，通过布局冗余、功能冗余、路径冗余、硬件冗余、支持软件冗余、应用软件冗余等方法可以显着提高系统的可靠性和可用性，实现不间断运行的目标，最大限度地提高系统利益相关者的经济和社会效益。返回搜狐，查看更多

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