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紅雲紅河煙草（集團）有限責任曾學｜物(wù)流技術與應用

冗餘設計是提高自動化物(wù)流系統可靠性和可用性的主要方法之一(yī)。本文分(fēn)析了大(dà)型自動化物(wù)流系統的特點，從冗餘設計六個方面闡述了提高自動化物(wù)流系統可靠性和可用性的方法。實踐證明，冗餘設計可以提高自動化物(wù)流系統的可靠性和可用性，達到物(wù)流系統不間斷運行的目的。

文｜鴻運鴻禾煙草（集團）有限責任公司許月明、王磊

姚正亞、王祥雷、昆明昆川物(wù)流信息産業有限公司

昆明船舶裝備集團有限公司曾雪

來源｜物(wù)流技術與應用

一(yī)、概述

在關系國計民生(shēng)和經濟社會發展的大(dà)型自動化物(wù)流系統中(zhōng)，系統的高可靠性和高可用性是系統建設的主要目标之一(yī)。此類大(dà)型物(wù)流系統一(yī)般具有以下(xià)特點：

1、規模大(dà)

設備1000多台套，貨物(wù)運輸線路總長數十公裏。

2. 技術複雜(zá)度

系統包括機械、自動控制、計算機等硬件設備；采用自動檢測與控制、信息識别、處理與交換等技術；涉及物(wù)聯網、大(dà)數據、雲計算等高新技術領域，技術難度和技術複雜(zá)度高。花費(fèi)。

3. 高集成度

該系統集成了多種功能性輸送設備（皮帶輸送機、收集輸送機等）、分(fēn)揀設備（交叉帶式分(fēn)揀機或傾斜托盤分(fēn)揀機、垂直分(fēn)流器、水平分(fēn)流器等）、裝卸設備（機器人、 AGV等）、倉儲設備（堆垛機、多層穿梭車(chē)等）、集成多種物(wù)聯網設備（條碼掃描器、RFID閱讀器、圖像閱讀器、工(gōng)業相機等）等；系統 需要與多個控制和信息系統對接，完成數據交互，實現相關業務流程。

4. 高可靠性和可用性要求，系統必須支持不間斷運行

爲了減少系統的平均停機時間，保證貨物(wù)的連續收發，最大(dà)化物(wù)流系統利益相關者的經濟效益和社會效益，“冗餘”是設計人員(yuán)常用的方法之一(yī)。

二、冗餘設計的思路

冗餘設計就是用系統的思維方式對系統進行設計和規劃。系統的全流程、單機控制、管控軟件等都應遵循冗餘思想完成規劃設計，使系統所有關鍵部件冗餘，不會出現任何單點故障影響系統的正常運行。即使某個關鍵節點發生(shēng)故障網絡設備冗餘設計，系統的其他部分(fēn)也應具備熱備份和應急功能，以保證系統的持續運行。

大(dà)型自動化物(wù)流系統的冗餘設計可以從六個方面考慮：

1.布局冗餘

大(dà)型物(wù)流系統一(yī)般在不同區域内實現業務功能，在總體(tǐ)規劃中(zhōng)，區域内應高度聚合，區域間低耦合。在設計中(zhōng)，需要對關鍵區域進行冗餘備份，避免因某個區域出現故障而影響整個系統或物(wù)流園區的運行。

2. 功能組冗餘

實現系統的關鍵功能組的冗餘設計。一(yī)些靈活的自動化搬運設備也可以用來替代傳統的輸送鏈式方式。在使用穿梭車(chē)、AGV、KIVA等柔性設備時，需要預留剛性輸送設備與柔性設備的連接接口，實現功能組冗餘。

3.物(wù)流路徑冗餘

物(wù)流的關鍵運輸路徑避免了單節點設計，從源頭到目的地至少有兩條路徑。

4、控制系統硬件冗餘

計算機系統和自動控制系統中(zhōng)的關鍵硬件部件應進行冗餘設計。

5.支持軟件冗餘

通過選擇合适的配套軟件，可以實現計算機系統的集群化。

6、應用軟件冗餘

要在支持該軟件的集群中(zhōng)運行應用軟件，還必須進行相應的冗餘設計。應用軟件不僅需要實現分(fēn)布式部署，通過負載均衡技術滿足系統的可靠性，還需要具備自動切換物(wù)流路徑、運行模式或人機調度相結合的模式的能力當某個節點的輸送設備發生(shēng)故障時。目的是系統連續穩定運行。

三、應用案例

一(yī)個大(dà)型自動化物(wù)流系統，集成設備約4000台（套），貨物(wù)輸送線總長15公裏，各種電(diàn)纜總長400公裏，急停控制點超過1500個，交叉安全區域近200個。貨物(wù)信息識别率高于99%，高峰時段分(fēn)揀貨物(wù)量5000餘件，系統建設要求不間斷運行。本物(wù)流系統設計方案遵循上述冗餘設計思想。

1.布局冗餘

如圖1所示，該布局包括東、西兩個區域，互爲鏡像。系統調試階段，可一(yī)區運營，一(yī)區調試，實現整個物(wù)流系統分(fēn)區上線的“熱插拔”功能，踐行“統一(yī)規劃、分(fēn)步實施”的科學發展理念。 - 步驟實施”。在高峰時段，兩個區域同時運作，高效處理貨物(wù)的分(fēn)揀和發送；在非高峰時段，可根據實際需要關閉一(yī)定區域，以達到物(wù)流中(zhōng)心節能環保的目的。如果一(yī)個區域的故障完全有效，則另一(yī)個區域可以繼續運行網絡設備冗餘設計，而不受故障區域的影響。

2. 功能組冗餘

在圖1中(zhōng)，系統中(zhōng)的關鍵功能組是冗餘的，每個區域配備了兩組分(fēn)揀機。如果其中(zhōng)一(yī)個分(fēn)揀機出現故障，另一(yī)組分(fēn)揀機可以接收區域内的所有貨物(wù)進行處理。排序。在該系統中(zhōng)還冗餘配置了人工(gōng)處理站、信息讀取和檢測設備等。設備數據采集與監控系統SCADA與PLC主控櫃上的本地監控功能相互冗餘。如果 SCADA 與 PLC 失去(qù)連接或完全關閉，可使用 PLC 主控櫃上的監控功能繼續監控系統。

3.物(wù)流路徑冗餘

如圖2所示，所有進口貨物(wù)都有兩條以上的路徑到冗餘分(fēn)揀機，再經過分(fēn)揀機分(fēn)揀後到達目的地，避免了貨物(wù)因設備故障無法及時分(fēn)揀的風險。

4、控制系統硬件冗餘

如圖3所示，可編程控制器PLC的CPU采用冗餘多處理器結構。各處理器相互監控，如果一(yī)個CPU出現故障，控制系統立即切換到另一(yī)個CPU運行，并發出報警信息。同時，可編程控制器PLC還對内部RAM、EPROM、輸入輸出寄存器等元件進行實時監控，并利用特殊的測試脈沖檢測輸入信号和輸出受控元件。如果出現異常，控制器立即切換到安全保護狀态和報警信息。

PLC 配置如表 1 所示。

PLC系統基于主流工(gōng)業現場總線，采用時間檢測、地址檢測、連接檢測、冗餘校驗等一(yī)系列措施，達到更高的可靠性和安全級别。

對于整個系統的核心管理部分(fēn)，計算機系統配置了兩台UPS，分(fēn)别爲每個機櫃内的兩台PDU供電(diàn)。所有服務器主機都配備了兩個電(diàn)源模塊，兩個電(diàn)源模塊連接到不同的PDU。當一(yī)個電(diàn)源模塊出現故障時，主機會自動切換到另一(yī)個電(diàn)源模塊，不會導緻服務器關機。

計算機系統網絡結構配備冗餘接入層交換機、核心交換機、防火(huǒ)牆和區域存儲網絡SAN。計算機主機（服務器、工(gōng)作站等）配置兩張以上的網卡，通過網卡綁定策略将多張網卡轉換爲一(yī)張邏輯網卡接入網絡。當計算機主機的網卡出現故障或網絡設備出現故障時，會因網卡導緻系統的單點通信故障，從而影響系統的運行。圖 4。

整個服務器和磁盤陣列都配置了冗餘硬盤，配置爲RAID1或RAID5，保證一(yī)個硬盤故障時數據不會丢失。

5.支持軟件冗餘

對于WEB服務等允許短期中(zhōng)斷的應用系統，設計和部署在托管服務器虛拟化環境中(zhōng)。在這種環境下(xià)，WEB應用服務可以實現系統級高可用、應用級高可用、容錯和在線系統遷移。、存儲在線遷移、資(zī)源動态負載均衡、虛拟機自動備份等功能。通過重新啓動虛拟機完成遷移。在遷移過程中(zhōng)，系統可能會中(zhōng)斷幾分(fēn)鍾。負載均衡功能可以讓用戶的查詢服務和報表服務分(fēn)布在不同的虛拟機上執行，可以有效降低網絡負載，提高系統可用性。

對于必須持續運行的應用系統，如物(wù)流控制核心服務，設計部署在托管服務器虛拟化環境中(zhōng)，并通過——作爲無縫系統切換的集群管理軟件——由兩部分(fēn)組成，一(yī)個是主機和應用端高可用系統VCS，另一(yī)部分(fēn)是存儲管理和虛拟化系統Store。兩者結合可以實現一(yī)個高可用的系統，從存儲到主機再到應用，沒有任何單一(yī)的故障。結合VCS GCO選件和-VVR選件，可以将整個系統擴展到國家規定的最高容災标準。

支持隻能在一(yī)個節點上運行并在該節點發生(shēng)故障時遷移到其他節點的應用類服務。例如：與MES的接口，負責接受來自MES的命令，這種接口一(yī)般隻在一(yī)個節點上活躍。當接口節點發生(shēng)故障時，集群管理軟件可以識别故障，将其遷移到第二個節點并激活它，并繼續接收來自MES的生(shēng)産指令，而不會導緻系統整體(tǐ)故障。

針對系統數據中(zhōng)心，設計和部署支撐軟件Real（RAC，實時應用集群）。用于在集群環境下(xià)實現多機共享數據，自動實現并行處理和負載均衡，實現數據庫故障容錯和無斷點恢複。

6、應用軟件冗餘

系統包括幾個關鍵應用軟件，如：設備數據采集與監控SCADA、物(wù)流調度與控制系統等。關鍵應用軟件設計部署在多個虛拟機節點上。在這些虛拟機節點上，利用分(fēn)布式緩存技術實時複制數據，達到多台服務器數據同步的目的。貨物(wù)的位置信息、設備的運行狀态等數據在應用軟件部署的多個節點上實時更新。當一(yī)個節點發生(shēng)故障時，另一(yī)個節點接管它的工(gōng)作并繼續處理業務。

4。結論

上述物(wù)流系統運行平穩近3年，未發生(shēng)重大(dà)停機事故。實踐證明：在大(dà)型自動化物(wù)流系統中(zhōng)，通過布局冗餘、功能冗餘、路徑冗餘、硬件冗餘、支持軟件冗餘、應用軟件冗餘等方法可以顯着提高系統的可靠性和可用性，實現不間斷運行的目标，最大(dà)限度地提高系統利益相關者的經濟和社會效益。返回搜狐，查看更多

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