机械车库专用人机界面解决方案

作者：孙陵林,上海菱正自动控制设备有限公司系统设计部总工程师。

　　一、车库人机界面功能
　　我们所说的车库人机界面，是一套专有设备，它是沟通车库的操作用户和车库智能控制设备（如PLC/PC）的信息桥梁；用户的存取车指令和车库控制器需要反馈的成千种状态码，故障码信息都由车库人机界面传递。
由此我们知道不论是升降横移式立体停车库、多层循环式停车系统、巷道堆垛类停车系统，还是多层循环类等停车系统，车库的人机界面都是必不可少的设备。

　　二、传统车库人机界面的结构和不足之处
　　最早期的的车库人机界面结构比较简单，最常见的结构是直接使用微动开关连接至PLC做键盘输入，普通七段式数码管做显示输出，这是传统的解决方案。随着实际的使用和维护，它的一些不足之处也逐渐显现出来：
　　1.成本上不经济：传统的人机界面内部结构比较简单，但输入输出和逻辑控制都需要耗费大量的PLC资源。这对于PLC开关量输入输出本来就很紧张的立体车库控制场合无疑是雪上加霜，因为：不论对于何种形式的立体停车库，一般主控PLC或工控计算机都需要读取上百个限位开关、光电开关的状态并驱动与之相对应的电机接触器。
　　我们经过大致估算，以20键键盘加4位七段式数码管的传统人机界面为例。按比较经济的系统硬件连接方式需要9个开关量输入端口（4*5矩阵扫描），和11个开关量输出端口（7个用于译码，4个用于片选动态扫描），以目前主流PLC的价格因素计算，消耗在PLC方面的硬件成本已经在千元左右。
　　2.显示效果不好：从目前主流的PLC执行效率来看，整个车库控制程序执行周期一般在20ms左右。我们从理论上分析，4位数码管的动态扫描周期基本上就是80ms（4*20ms）左右，随之就会带来两方面的问题：首先，过长的显示刷新时间会带来显示单元的闪烁感，这在部分车库运行过程中随着PLC指令执行周期的变长会更加明显；其次，由于人的视觉因素，过低的刷新频率必然会带来感觉上显示器平均亮度的下降，于是很多场合厂家们只能增加数码管瞬时电流来改善显示器的平均亮度，如此一来，数码管被击穿的可能性就成倍提高，设备可靠性就下降了。
　　在传统车库人机界面系统架构下，解决这两个问题的途径只有一个，那就是使用静态扫描，即：使用28个开关量输出端口（4*7），仅此一项成本增加就不下千元。
　　3.现场施工和维护不便：通过以上两点分析，仅仅是传统车库人机界面这一方面，从控制柜内需引出的线需要20根（动态扫描）至37根（静态扫描）。如此多的线不管使用接线端子配线还是多芯插头配线，在现场的安装便利性和线缆经济性方面都会大打折扣。而且在日后的车库维保过程中，发现和排除其中的断路故障会非常耗费时间和人工。
　　4.系统没有扩展性：用户对设备功能的要求总是在发展的，传统的车库人机界面无力整合更多的功能模块，如：有线/无线读卡机、无线通讯，指纹识别等扩展功能无法整合到人机系统内。在这种情况下，就是借助特殊的PLC扩展软硬件设备和昂贵的现场总线通讯单元，有些功能还是非常不易实现。

　　三、上海菱正车库专用人机界面解决方案
　　凭借多年来的我们在自动化领域和立体车库电器控制行业的现场经验，我们针对传统的车库人机界面的各种弊端，重新设计了车库专用人机界面。
　　新型的人机界面硬件上具备一个微处理核，它是集成了键盘电路，显示器电路，CPU，内部总线，扩展模块等其他周边模块的数字电路系统。我们针对各种类型的立体停车库系统的实际应用环境，用汇编语言编写了驱动和管理程序，再使用通用异步串行通讯接口和PLC以通讯方式相连结，同时提供RS232/RS485/无线等电气接口类型选择。
　　我们给出的解决方案有以下优点：
　　（1）性价比高：不占用任何PLC的输入输出接口，大多数类型的PLC直接使用编程口就可以通讯，节省了大量的PLC硬件成本。
　　（2）显示无闪烁：新型车库人机界面内部采用全静态数字电路硬件解码。此方式不仅分担了PLC的计算负担，而且还彻底杜绝了数码管的闪烁感。高亮度数码管稳定的工作在连续的而非脉动的电流环境下，既提高了显示的整体亮度，又保护了数码管并延长其使用寿命。
　　（3）施工方便且维护简单：新型的人机界面只需要三根通讯线就可以传输所有的数据和状态量，再加上两根电源线，总共只需5根线缆。相比较而言，大大简化了施工和维护复杂性。键盘、主板，显示器皆采用现场可更换设计，通讯状态指示和运行状态指示一目了然。
　　（4）编程方便：新型的人机界面自身分担了原来PLC的键盘矩阵扫描和显示器译码的任务，和PLC之间的数据传输具体过程对用户透明。用户就像使用PLC自身的一个扩展单元一样，来使用新型的人机界面，在这个过程中您不需要编写串口接收数据和发送数据代码。
　　（5）支持多站：在车库的控制中一台PLC对多台人机界面和一台人机界面对多台PLC都是在成本上和在操作便利性方面有实际的意义的功能，我们的最新产品支持这种连接和使用方式。
　　（6）卓越的稳定性：对于立体停车库这类对安全要求较高的设备来说，稳定性和安全性是至关重要的。如果任何一个有关安全的命令没有发送成功或校验出错，新型的人机界面都会自动重发并给出警示，直至成功为止。另外，目前通过1000余套人机界面8000余车位的安全运行，也从实际运行的角度验证了我们设计思想的有效性。
　　（7）强大的可扩展性和可升级能力：新型的人机界面本身具有完整的总线结构和逻辑控制核，事实上，我们的增强性产品就内置了无线刷卡单元和卡管理软硬件。距离在200米左右的无线数据通讯模块现也可以作为选件提供。理论上，任何标准接口的设备和单元都可以扩展在我们的设备里协同工作，从而使整个车库具有最新最便利的人机交流方式。

　　四、车库专用人机界面发展方向
　　我们认为，构建了这么一个较为成熟的硬件平台是一个比较有意义的尝试。当然，新型的车库专用人机界面作为一种立体停车库的子系统未来也必将随着车库的发展而发展。
　　我们相信，在信息时代，网络化和智能化作为不可阻挡的趋势，将逐步而深刻的改变人们的出行及其他的生活方式。新型的车库专用人机界面是其中的一个信息节点，如何有效的将车位的信息资源整合到部门级，城市级公共交通信息平台，从而为最终实现智能化交通是值得我们继续探索的新课题！