專利名稱：建筑幕墻物理三性檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對建筑幕墻進行物理測試的檢測裝置，尤其涉及一種對建筑幕墻進行氣密性能、水密性能、抗風壓性能檢測的建筑幕墻物理三性檢測系統。
背景技術：
現有技術對建筑幕墻進行物理測試的檢測裝置，可對空氣滲漏性測試，測量建筑幕墻在一定壓力下的氣體泄漏量；可對雨水滲漏性測試，測量建筑幕墻在一定壓力下的雨水滲漏量；可對抗風壓特性測試，測量建筑幕墻對強風的抵抗特性。
目前國內外市場上對建筑幕墻進行物理測試的現有技術檢測裝置的原理大體相同，即利用風機向密閉的檢測箱體內提供不同的風壓，從而滿足三種不同的測試模式，并利用相應的傳感器測出相關參數。但是，各類建筑幕墻檢測裝置主要的差別在于其風壓調節系統的結構不同。此外，為了能夠滿足正負壓測試的要求，都設計了不同的正負壓切換機構。其中一種是德國KS公司的建筑幕墻檢測裝置，采用變頻調速的方式來控制風機的轉速，從而控制風量，進而達到控制風壓的目的。這種建筑幕墻檢測裝置的缺點是1.德國公司的建筑幕墻檢測裝置由于采用了較為單一的風量控制方法，即僅僅通過風機調速的方式來控制風量。由于風機自身的慣性，變頻調速的方式無法滿足抗風壓測試中要求的周期交變風壓，即無法達到5秒為周期的風壓變化，具體表現為加壓迅速，而減壓緩慢。
2.由于采用單一的風量控制控制方法對控制算法要求較高，從而加重了軟件開發的工作量。
3.在該建筑幕墻檢測裝置中設有的正負壓切換機構，采用一種伺服驅動風口調節機構，利用同一個風機實現正負壓的靈活切換。但是其中有一個明顯的缺點該機構為了靈活安裝，采用了木材作為安裝底板，然后，在國內的實際使用中，由于天氣潮濕，經常造成底板膨脹，從而加大了伺服機構的運動阻力，4.在該建筑幕墻檢測裝置中由于選取的伺服電機力矩較小，因此經常造成電機燒毀，影響了設備的正常使用。
另一種是日本公司的建筑幕墻檢測裝置，日本公司的建筑幕墻檢測裝置則采用一套復雜的四聯動閥門調節機構，通過調節閥并配合簡單的風機調速功能來共同控制風量。從而達到控制風壓的目的。
四聯動閥門調節機構采用了一套四聯動閥門來實現正、負壓切換和壓力調節，其工作原理說明是，電液伺服閥帶動四聯動閥門同步轉動，四個閥門的開閉相位分別相差90度，在一定的電液伺服閥轉動角度下，四個閥門各有一定的開閉角度，以此切換氣體的流動方向(對應于正、負壓測試)，或者分配空氣流量關系，相應調節測試區腔體的壓力。
這種四聯動閥門調節機構的缺點是1.四聯動閥門調節機構中由于對調節閥要求非常高的響應速度，而一般蝶閥的響應速度為15s左右，即0-90度的開合時間需要15s，因此對調節閥的制造工藝要求很高。
2.四聯動閥門調節機構由于需要精確的定位精度，否則將很難保證穩定的風壓曲線，在設計方案中設計了一套機械四聯動閥門，并采用了電液伺服驅動，達到設計要求中的風壓控制曲線。因此，機械結構復雜，制造成本高。
3.由于四個閥門是聯動的，為了補償閥門通徑誤差的影響，在四個閥門前都各裝了一個調零閥門；因此，增加了另部件，提高制造成本。
4.四聯動閥門調節機構成本造價比較高，而且初始調節比較復雜，閥門調節時壓力對閥位的變化比較敏感。
還有一種我國現有技術的風量調節裝置，由風機、高速調節閥、高速截止閥以及普通調節閥構成。相應的閥門系統都配備相應的閥門控制/定位器。整個風量調節裝置的原理是由變頻系統控制風機運轉，通過送風管道和高速調節蝶閥將壓縮空氣送入測試箱體。通過調節高速調節蝶閥的開合角度從而調節進入箱體的空氣流量，從而達到調節箱體內的測試壓力。然而僅通過上述步驟僅僅能夠有效地控制箱體壓力的上升曲線，對于壓力的波動曲線無法精確控制，這是因為風機的調速性能在加速的時候可以有很高的響應速度，然后在減速的時候，由于風機的自身慣量，很難迅速減速，從而導致風壓的波動曲線無法達到國家檢測要求。這也是目前的幕墻物理三性檢測設備中最為突出的問題。
現有技術的建筑幕墻檢測裝置中由于現場檢測箱體與設備間和操作室位置比較分散，而傳感器數量很多，大部分設置在現場檢測箱體中，需要收集的大量現場檢測信息和底層設備反饋信號比較多，檢測控制電路中采用傳統方式直接把信號接入工控機或PLC控制器系統，將給布線工作帶來很大的困難，而且相應地系統信號傳輸的可靠性降低，維護保養十分不方便。
發明內容
本發明的目的在于提供一種建筑幕墻物理三性檢測系統，它能施加正負雙向的壓力差，能調節出穩定的氣流，對建筑幕墻進行空氣滲透檢測；能模擬自然與水的風壓變化，確定建筑幕墻的雨水滲漏特性；能在一個周期交變壓力，交變周期大約為5秒，確定建筑幕墻的抗風壓特性；并能夠通過測控界面，實現自動切換測試模式、自動數據采集、自動數據保存。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的建筑幕墻物理三性檢測系統，其特點是，包括電氣控制電路、風量風壓調節機構、水路組件及檢測箱體；
所述的電氣控制電路由工控機、PLC控制器、總接線箱、水泵變頻控制器、風機變頻控制器、操作面板、多個壓力保護開關、急停按鈕組成；所述的工控機通過工業以太網總線分別與PLC控制器、總接線箱連接，雙向傳輸數據和命令，總接線箱收集現場檢測信息傳輸給工控機；所述的PLC控制器通過現場總線分別與水泵變頻控制器、風機變頻控制器、操作面板、風量風壓調節機構、水路組件、多個壓力保護開關、急停按鈕連接；PLC控制器通過現場總線對水泵變頻控制器、風機變頻控制器及風量風壓調節機構進行動作和控制，并采集設備狀態；所述的檢測箱體4可任意分隔成多個封閉式檢測單元，在該檢測箱體內設有六個位移傳感器的分接線箱，每個分接線箱中設有40個位移傳感器的輸入和輸出接線端子；若干個位移傳感器分別設置在被測建筑幕墻上，各位移傳感器的信號輸出端分別通過導線與相對應的分接線箱的輸入端子連接，分接線箱的輸出接線端子通過導線與總接線箱連接；設置在檢測箱體內的氣管和水管分別與風量風壓調節機構和水路組件連接。
上述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其中，所述的總接線箱由多個數字量輸入接口電路、多個數字量輸出接口電路、多個模擬量輸入接口電路、多個模擬量輸出接口電路及嵌入式數據采集裝置組成；嵌入式數據采集裝置的多個輸入端分別與各數字量輸入接口電路的輸出端、各模擬量輸入接口電路的輸出端連接，嵌入式數據采集裝置的多個輸出端分別與各數字量輸出接口電路的輸入端、各模擬量輸出接口電路的輸入端連接；嵌入式數據采集裝置的以太網接口通過以太網總線與工控機的以太網接口連接。
上述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其中，所述的模擬量輸入接口電路由運算放大器U2A、U2B、基準電源U12、電阻R32、R44、R45、R19、R20、濾波電容C7、C19、C20、C21組成；運算放大器U2A的P3與地之間并接電容C7和電阻R32，運算放大器U2A的P2與P1相連接，運算放大器U2A與U2B之間串接電阻R45，基準電源U12的P6與運算放大器U2B的P6之間串接電阻R44，運算放大器U2B的P6與P7之間、P5與地之間分別串接電阻R20和R19；基準電源U12的P2與地之間并接電容C19、C21，基準電源U12的P6與地之間串接電容C20。
上述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其中，所述的風量風壓調節機構由風機、四組獨立氣動調節蝶閥組成的風路切換部件、靜壓箱、并行管組件、氣管組成；所述的風機的進風口通過氣管與第一氣動調節蝶閥和第二氣動調節蝶閥的閥口連接，其出風口通過氣管與和第三氣動調節蝶閥和第四氣動調節蝶閥的閥口連接；所述的靜壓箱一端通氣口與第二氣動調節蝶閥的閥口和第三氣動調節蝶閥的閥口連接；其另一端通氣口與并行管組件的一端連接，所述的并行管組件的另一端設置在檢測箱體中；所述的風量風壓調節機構中的風機與風機變頻控制器連接，PLC控制器通過調節控制風機變頻控制器的頻率，而調節控制風機的轉速、風機輸出的風壓。
上述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其中，所述的氣動調節蝶閥由蝶閥、及閥門定位器組成；蝶閥由閥體與設置在閥體內的閥芯構成；閥體內的閥芯與氣缸、閥門定位器同軸連接；外部空氣壓縮機通過氣管與各氣動調節蝶閥的進氣口連接；四個閥門定位器的控制端通過現場總線與PLC控制器連接，PLC控制器通過控制閥門定位器，調節蝶閥閥芯的閥位。
上述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其中，所述的并行管組件由主氣管和文丘里管并行設置，該兩管的兩端分別相連接；文丘里管的中間段管徑小于兩側的管徑，在這細小的管徑部位設有一流量傳感器；在相鄰檢測箱體部位的主氣管上設有兩壓力傳感器，在主氣管上間隔設有金屬軟密封閥和放氣閥。
上述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其中，所述的第一氣動調節蝶閥的進氣口的氣管內設有過濾器和消音器；所述的第四氣動調節蝶閥的出氣口的氣管內設有消音器。
上述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其中，所述的水路組件由水泵機組、過濾機組、流量傳感器、多個調節閥門、止回閥、噴淋部件及水管組成；所述的水泵機組由大功率水泵和小功率水泵組成；該兩水泵的進水口分別通過水管與水池和自來水管連接，在兩水泵的進水口與水池之間的水管上分別設有調節閥；該兩水泵的出水口分別通過水管與過濾機組的進水口和調節閥的一端閥口連接，該兩水泵的出水口與過濾機組的進水口之間的水管上分別設有止回閥和調節閥；所述的過濾機組的進水口與出水口之間的水管上分別設有調節閥；在濾機組的出水口的調節閥的閥口通過水管與設置在檢測箱體中的噴淋部件連接；在噴淋部件前部的水管上設置水流量計，噴淋部件下部的水流通道與水池連通；大功率水泵和小功率水泵的控制端分別與水泵變頻控制器連接，PLC控制器通過調節控制水泵變頻控制器的頻率，而調節控制水泵輸出的水壓和水流量。
上述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其中，所述的噴淋部件由方管構成的框架、并行排列在框架上的水管、固定水管362的管卡在水管上均勻布設多個噴淋孔構成，在水管上連接進水管。
本發明建筑幕墻物理三性檢測系統由于采用了上述的技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果1.本發明由于在電氣控制電路中從系統整體架構上充分利用了工業以太網和ProfiBUS現場總線的特點，因此，極大地簡化了現場布線工作，有效提高了各傳感器信號的抗干擾性和對各底層設備(包括變頻器和閥門定位器)控制的準確性。
2.本發明的風壓調節機構，由于是對四個閥門獨立進行驅動和控制，因此，各個閥門的閥位都可以控制調節，風壓控制精度高，響應迅速；同時，由于每個閥門的閥位可以獨立調節設定，可以調節四個閥對應平衡位置的閥位，因此，不需要單獨設置調零閥門，制造成本可降低，且控制靈活。
3.本發明的風壓調節機構中由于設有并行管路，通過設置文丘里管和高等級的金屬軟密封閥，一方面減小了管路截面積并使得空氣流動均勻化，大幅提高空氣流量檢測的精度，另一方面，盡量降低了管路內部的附加滲漏，保證了試件空氣滲漏特性檢測的準確性，也有效提高了小流量時的測試精度。
4.本發明由于在風壓調節機構設有主動泄壓回路，從而確保了風壓曲線的控制周期能夠滿足最新的國家測試標準。
5.本發明由于在電氣控制電路中設有風機變頻器，可調節風機轉速，采用高精度的閥門定位器和獨立控制的四套氣動調節閥門調節風路，大大提高了風壓控制的靈活性和準確性。
6.本發明由于用同一臺風機對檢測箱體實現正負壓控制，用相同類型的調節閥對稱地切換氣路，因此箱體的正、負壓力控制過程可以實現波動風壓曲線的良好對稱性。
7.本發明由于在工控機軟件架構上，設有專用的檢測軟件，能實現所有現場數據的收集、測試流程的控制和數據的處理和打印等任務。
8.本發明由于針對系統的硬件結構自行設計了總接線箱、PLC控制器和工控機三方之間的數據通訊協議，因此，可以在系統的任何一個位置監控系統的所有數據并對設備進行控制。
9.本發明由于采用標準調節閥保證了系統的可維護性。
10.本發明由于系統方案設計合理、設備選型準確，整套系統在達到較高技術水平的同時價格遠遠低于進口的同類產品，具有極高的性價比。
11.本發明的由于采用循環的水路系統，有效的節約了水資源。
圖1是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統框圖。
圖2是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的總接線箱電路框圖。
圖3是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的總接線箱中的數字量輸入接口電路原理圖。
圖4是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的總接線箱中的數字量輸出接口電路原理圖。
圖5是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的總接線箱中的模擬量輸入接口電路原理圖。
圖6是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的總接線箱中的模擬量輸出接口電路原理圖。
圖7是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的風量風壓調節機構的結構示意圖。
圖8是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的風量風壓調節機構中的四組氣動調節蝶閥的閥位狀態圖。
圖9是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的水路組件結構示意圖。
圖10是本發明建筑幕墻物理三性檢測系統的水路組件中的噴淋部件結構示意圖。
具體實施例方式
請參見圖1所示，建筑幕墻物理三性檢測系統，包括電氣控制電路1、風量風壓調節機構2、水路組件3及檢測箱體4。
電氣控制電路1包括通用的工控機11、PLC控制器(型號為CPU-314-C及擴展模塊)12、總接線箱(型號為)13、水泵變頻控制器(型號為MM43022KW)14、風機變頻控制器(型號為MM430110KW)15、操作面板16、多個壓力保護開關17、急停按鈕18、在操作面板16設置了各按鈕、開關、指示燈、儀表。
工控機11的以太網通信接口通過工業以太網總線分別與PLC控制器12的以太網通信接口、總接線箱13的以太網通信接口連接，雙向傳輸數據和命令，總接線箱13收集現場檢測信息，通過工業以太網總線發給工控機11。總接線箱13收集現場檢測信息傳輸給工控機11。
PLC控制器12的通信接口通過現場總線分別與水泵變頻控制器14、風機變頻控制器15、操作面板16上的各按鈕、開關、指示燈、儀表，風量風壓調節機構2中設有的四個閥門定位器225、226、227、228，水路組件3中的水流量傳感器33(型號為KTLUD-22-10F-131)、多個壓力保護開關17、急停按鈕18連接；水路組件3中有水泵機組，該水泵機組31由大功率水泵(其中水泵型號為CZW100-200、水泵電機型號為Y180M-2)311和小功率水泵(其中水泵型號為CZW50-200、水泵電機型號為Y132S2-2)312組成；大功率水泵311和小功率水泵312的控制端分別與水泵變頻控制器14連接。風量風壓調節機構2中的風機21(型號為QA280M2A)與風機變頻控制器15連接。
PLC控制器12通過現場總線對水泵變頻控制器14、風機變頻控制器15及風量風壓調節機構進行動作和控制，并采集設備狀態。
檢測箱體4可任意分隔成多個封閉式檢測單元，在該檢測箱體內設有六個位移傳感器的分接線箱41，每個分接線箱中設有40個位移傳感器的輸入和輸出接線端子；若干個位移傳感器411分別設置在被測建筑幕墻上，各位移傳感器的信號輸出端分別通過導線與箱對應的分接線箱41的輸入端子連接，分接線箱41的輸出接線端子通過導線與總接線箱13連接；設置在檢測箱體4中的氣管與風量風壓調節機構2的氣管連接；設置在檢測箱體4中的水管與水路組件3的噴淋部件36連接。
本系統整體架構上充分利用了工業以太網和ProfiBUS現場總線的特點，極大地簡化了現場布線工作，有效提高了各傳感器各移傳感器、壓力傳感器和流量傳感器信號的抗干擾性和對各底層設備(包括變頻器和閥門定位器)控制的準確性。提高了系統可靠性降低，維護保養方便。
工控機軟件架構上，設有專用的檢測軟件，能實現所有現場數據的收集、測試流程的控制和數據的處理和打印等任務。針對系統的硬件結構自行設計了總接線箱、PLC控制器和工控機三方之間的數據通訊協議，可以在系統的任何一個位置監控系統的所有數據并對設備進行控制。
控制系統的主要硬件，采用了現有技術的Kontron工控機、西門子PLC控制器和Rabbit傳感器總線控制器。PLC控制器軟件采用西門子公司的Step7編程軟件進行編寫，向下通過ProfiBUS現場總線網絡對2個變頻器和4個閥門定位器進行動作控制并采集設備狀態，向上通過工業以太網與工控機進行數據通訊；總接線箱收集現場傳感器信息并發送給工控機。采用的工業以太網和ProfiBUS現場總線和所有的軟件開發工具在運行中十分成熟可靠；在箱體、機房、操作室里都設置有急停按鈕，操作室里更設置有多種操作模式的選擇開關，工控機軟件對所有安全信號進行掃描，一旦發現異常，可以迅速停機報警。以上各措施保證了系統運行的高度可靠性和安全性。
請參見圖2所示，總接線箱13由多個數字量輸入接口電路131、多個數字量輸出接口電路132、多個模擬量輸入接口電路133、多個模擬量輸出接口電路134及嵌入式數據采集裝置135(型號為BL-2100)組成；嵌入式數據采集裝置135的多個輸入端分別與各數字量輸入接口電路131的輸出端、各模擬量輸入接口電路133的輸出端連接，嵌入式數據采集裝置135的多個輸出端分別與各數字量輸出接口電路132的輸入端、各模擬量輸出接口電路134的輸入端連接；嵌入式數據采集裝置135的以太網接口通過以太網總線與工控機的以太網接口連接。在該電路中嵌入式數據采集裝置與工控機的數據通訊中，將現場檢測的模擬信號轉換成數字信號傳輸給工控機，將工控機輸入的數字信號轉換成模擬信號輸出給總接線箱13的面板上的指示燈和指示儀表。
請參見圖3所示，數字量輸入接口電路131由光電耦合元件A1(型號為TLP521-4)、電阻R1至R4、RP1至RP4組成；在光電耦合元件A1的P1、P3、P5、P7分別與電阻R1、R2、R3、R4的一端連接，該電阻R1、R2、R3、R4的另一端分別與PLC控制器操作面板上的各操作按鈕、開關和閥位反饋開關連接；在光電耦合元件A1的P10、P12、P14、P16分別與嵌入式數據采集裝置135的多個輸入端連接，同時分別與電阻RP1、RP2、RP3、RP4的一端連接，電阻RP1、RP2、RP3、RP4的另一端與連接+5V連接。
數字量輸入接口電路131的電路原理是，PLC控制器操作面板上的各操作按鈕、開關和閥位反饋開關的現場信號分別從各電阻R1、R2、R3、R4輸入(標號DI1、DI2、DI3、DI4)，通過光電耦合元件A1，將信號轉換為0或5V輸入到嵌入式數據采集裝置。通過各光電耦合元件，將外部電路與內部數字電路隔離，以提高數字電路的抗干擾能力和可靠性。
請參見圖4所示，數字量輸出接口電路132由驅動放大集成電路A4(型號為LMD18400)、電阻R13、R28及電容C28組成；驅動放大集成電路A4的P9、P10、P11、P12的數據端與數據采集裝置135的相對應的各數據端連接，驅動放大集成電路A4的數據端P1、P2、P18、P19與PLC控制器操作面板上的各閥門控制信號燈連接；電阻R13、R28的一端分別與驅動放大集成電路A4的P13、P17連接，電阻R13、R28的一端與5V電源連接；電容C28端與驅動放大集成電路A4的P14連接，電容C28的另一端接地。
數字量輸出接口電路132的電路原理是，采用驅動集成電路A4，放大嵌入式數據采集裝置135的數字量輸出信號的驅動能力。數據采集裝置135的DO輸出數據信號DD01、DD02、DD03、DD04經過LMD18400將輸出信號變換到DDI1、DDI2、DDI3、DDI4，一方面提高了對負載的驅動能力，另一方面，驅動放大集成電路A4(型號LMD18400)內部提供了對每一路輸出信號的監控和保護，任何一路輸出發生過載或短路時，驅動放大集成電路A4的第13腳上的信號將被拉低，控制系統可以及時做出相應處理，保證了現場設備控制的準確性。
請參見圖5所示，模擬量輸入接口電路133由運算放大器U2A(型號為NE5532)、U2B(型號為NE5532)、基準電源U12(型號為ADR433)、電阻R32、R44、R45、R19、R20、濾波電容C7、C19、C20、C21組成；運算放大器U2A的P3與地之間并接電容C7和電阻R32，運算放大器U2A的P2與P1相連接，運算放大器U2A與U2B之間串接電阻R45，基準電源U12的P6與運算放大器U2B的P6之間串接電阻R44，運算放大器U2B的P6與P7之間、P5與地之間分別串接電阻R20和R19；基準電源U12的P2與地之間并接電容C19、C21，基準電源U12的P6與地之間串接電容C20。
在模擬量輸入接口電路133中，運算放大器U2A做電壓跟隨器，使得傳感器輸入電壓信號準確地傳送到信號運算處理電路U2B，避免了由于線路阻抗損耗引起的信號失真；通過精密電阻R32進行電流信號采樣；電容C7對傳感器輸入的信號實現低通濾波，有效濾除線路上可能存在的工頻干擾信號。
采用運算放大器U2B使得輸入的傳感器4～20mA電流信號準確地變換為-10V～+10V信號，充分利用ADC采樣電路的量程，可獲得硬件支持的最高采樣精度；基準電源U12提供高精度(％0.2)的參考電壓，確保精確轉換。
在本發明中設置在風量風壓調節機構中的壓力傳感器的輸出信號、設置在水路組件中的水流量傳感器的輸出信號、設置在被檢測建筑幕墻上的位移傳感器的輸出信號通過分接線箱、均通過上述同樣的模擬量輸入接口電路133，輸入嵌入式數據采集裝置，進行模數轉換。該電路通過改變U2B的增益和U12的參考電壓值，可以精確實現任意線性關系的輸入-輸出信號運算關系，電路具有較好的通用性。
請參見圖6所示，模擬量輸出接口電路134由運算放大器集成電路U10A(型號為NE5532)構成；運算放大器集成電路U10A的正端P3與嵌入式數據采集裝置的模擬量輸出端連接，運算放大器集成電路U10A的負端P與運算放大器集成電路U10A的輸出端連接，該輸出端與操作面板16上的相對應的儀表連接。
模擬量輸出接口電路134的電路原理是，采用運算放大器集成電路U10A(型號為NE5532)對嵌入式數據采集裝置的模擬量輸出信號(對應上圖中的AAO1)進行緩沖放大(得到上圖中的AAI1)，以驅動操作面板上的儀表。
請參見圖7所示，風量風壓調節機構2由風機21、四組獨立氣動調節蝶閥(型號為ZSGW-DN600-PN6)221、222、223、224和閥門定位器(型號為6DR5520)225、226、227、228組成的風路切換部件22、靜壓箱23、并行管組件24、氣管25組成；所述的風機21的進風口通過氣管25與第一氣動調節蝶閥221和第二氣動調節蝶閥222的閥口連接，其出風口通過氣管25與和第三氣動調節蝶閥223和第四氣動調節蝶閥224的閥口連接；所述的靜壓箱23一端通氣口與第二氣動調節蝶閥222的閥口和第三氣動調節蝶閥223的閥口連接；其另一端通氣口與并行管組件25的一端連接，所述的并行管組件25的另一端設置在檢測箱體4中。
各氣動調節蝶閥221、222、223、224由蝶閥和設置在蝶閥閥口的氣缸(圖上未標)組成，各氣動調節蝶閥221、222、223、224由閥體221a、222a、223a、224a與設置在閥體內的閥芯221b、222b、223b、224b構成；閥體內的閥芯與氣缸、閥門定位器以機械連接軸同軸連接；外部空氣壓縮機5輸出的壓縮氣體通過各閥門定位器和氣缸進入氣動調節蝶閥。四個閥門定位器的控制端通過現場總線與PLC控制器連接，PLC控制器通過控制閥門定位器，調節蝶閥閥芯的閥位。
并行管組件24由主氣管241和文丘里管242并行設置，該兩管241、242的兩端分別相連接；文丘里管242的中間段管徑小于兩側的管徑，在這細小的管徑部位設有一水流量傳感器26；在相鄰檢測箱體部位的主氣管241上設有一大空氣壓力傳感器27和一小壓力傳感器271主氣管241上間隔設有金屬軟密封閥(型號為ZSHWR-10-DN600-PN10)28和放氣閥29。金屬軟密封閥的作用是，當進行空氣滲透試驗時關閉該密封閥，此時氣流均通過空氣流量計，進行計量。安裝空氣流量計處的風管為特殊制造的文丘里管。當進行抗風壓實驗時壓力傳感器則記錄下箱體內的風壓值。文丘里管的工作原理為在做抗風壓性能測試時，金屬軟密封蝶閥28打開至最大開度，保證有足夠的空氣流量進入測試箱體中建立較高壓力，做氣密性能測試時，將金屬軟密封蝶閥28完全關閉，進入測試箱體氣體全部經減小了管徑截面積的文丘里管242，安裝在文丘里管242上的空氣流量傳感器26可以很精確地檢測空氣流量值。
第一氣動調節蝶閥221的進氣口的氣管25內設有過濾器252和消音器251；所述的第四氣動調節蝶閥222的出氣口的氣管內設有消音器251。
請參見圖8所示，四個氣動調節蝶閥從右到左編號分別為221、222、223、224。在PLC控制器通過現場總線對風量風壓調節機構進行動作和控制下，四套各自獨立并相同的氣動調節蝶閥221、222、223、224與閥門定位器225、226、227、228采用來自壓縮空氣機的壓縮空氣(圖中未示出)可各自獨立地調節閥芯221b、222b、223b、224b的轉動角度(以下簡稱閥位)，從而獲得不同的壓力狀態。
當風量風壓調節機構正壓全壓狀態時氣動調節蝶閥221的閥芯221b全開，氣動調節蝶閥222的閥芯222b全閉，氣動調節蝶閥223的閥芯223b全開，氣動調節蝶閥224的閥芯224b全閉。從大氣抽入的空氣通過氣管25、氣動調節蝶閥221經高壓離心風機21提高風壓后，通過氣管25、氣動調節蝶閥223、主氣管241、進入檢測箱體4。
當風量風壓調節機構負壓全壓狀態時氣動調節蝶閥221的閥芯221b全閉，氣動調節蝶閥222的閥芯222b全開，氣動調節蝶閥223的閥芯223b全閉，氣動調節蝶閥224的閥芯224b全開。從檢測箱體4中抽出的空氣通過主氣管241、氣動調節蝶閥222、氣管25，然后經高壓離心風機21提高風壓后，通過氣管25、氣動調節蝶閥224放入大氣。當風量風壓調節機構負壓全壓狀態時，氣體所經過的氣路就形成主動泄壓回路。
當風量風壓調節機構正壓低壓狀態時氣動調節蝶閥221的閥芯221b開啟角度大于90°，氣動調節蝶閥222的閥芯222b開啟角度小于90°，氣動調節蝶閥223的閥芯223b開啟角度大于90°，氣動調節蝶閥224的閥芯224b開啟角度小于90°。從大氣抽入的空氣通過氣管25、氣動調節蝶閥221經高壓離心風機21提高風壓后，通過氣管25、氣動調節蝶閥223、主氣管241、進入檢測箱體4。
當風量風壓調節機構負壓低壓狀態時氣動調節蝶閥221的閥芯221b開啟角度小于90°，氣動調節蝶閥222的閥芯222b開啟角度大于90°，氣動調節蝶閥223的閥芯223b開啟角度小于90°，氣動調節蝶閥224的閥芯224b開啟角度大于90°。
當風量風壓調節機構平衡狀態狀態時四個氣動調節蝶閥221、222、223、224的閥芯221b、222b、223b、224b調節至一定閥位，使檢測箱體4內的壓力與大氣相同。
PLC控制器根據實際工況，通過軟件程序，在進行壓力調節控制時，可調節各個閥門的閥位，通過蝶閥中閥位的調節，可實現正負風壓的切換。并且，大大提高了風壓控制的靈活性和準確性，從而確保風壓曲線的控制周期滿足國家標準抗風壓測試所需要的5秒為周期的風壓變化。
在風量風壓調節機構中為了降低制造成本，并提高控制的靈活性，采用對四個閥門獨立進行驅動和控制，各個閥門的閥位都可以控制調節；同時，因為每個閥門的閥位可以獨立調節設定，也就可以通過試驗實現四個閥對應于前述平衡位置的閥位，采用設置文丘里管，提高氣密性能檢測的精度。由于設有四套相同但是獨立的閥門和高精度的閥門定位器來實現風壓調節的功能。這樣不但易維護，也提供了更加靈活的控制手段，省去了調零閥門，降低了設備要求。由于設有并行管路設計，通過設置文丘里管和高等級的金屬軟密封閥，一方面減小了管路截面積并使得空氣流動均勻化，大幅提高空氣流量檢測的精度，另一方面，盡量降低了管路內部的附加滲漏，保證了試件空氣滲漏特性檢測的準確性，該設計方式也有效提高了小流量時的測試精度。為了保證壓力測量精度，系統設置了兩個量程的壓力傳感器27±15kPa和±500Pa。兩個傳感器27分別對應抗風壓性能檢測和氣密性能檢測。
請參見圖9所示，所述的水路組件3由水泵機組31、過濾機組32、水流量計33、多個調節閥門34、止回閥35、噴淋部件36及水管37組成；所述的水泵機組31由大功率水泵311和小功率水泵312組成；該兩水泵311、312的進水口分別通過水管37與水池38和自來水管39連接，在兩水泵311、312的進水口與水池38之間的水管37上分別設有調節閥34；該兩水泵311、312的出水口分別通過水管37與過濾機組32的進水口和調節閥34的一端閥口連接，該兩水泵311、312的出水口與過濾機組32的進水口之間的水管37上分別設有止回閥35和調節閥34；過濾機組32的進水口與出水口之間的水管37上分別設有調節閥34；在過濾機組32的出水口的調節閥34的閥口通過水管37與設置在檢測箱體4中的噴淋部件36連接；在噴淋部件36前部的水管上設置水流量計33，噴淋部件36下部水流通道與水池38連通。
請參見圖10所示，所述的噴淋部件36由方管構成的框架361、并行排列在框架361上的水管362、固定水管362的管卡36在水管362上均勻布設多個噴淋孔364構成，在水管362上連接進水管365。噴淋部件36能以不小于4L/m2·min的淋水量均勻地噴淋到試件的外表面上，噴淋孔布置均勻，各噴淋孔與試件的距離宜相等；裝置的噴水量能調節，并有措施保證噴水量的均勻性。
建筑幕墻物理三性檢測系統的工作原理是，當使用時，操作人員對工控機進行實驗操作，工控機對PLC控制器發出各種操作指令，PLC控制器則通過運算處理，接發控制指令等對水泵變頻器、風機變頻器、風量風壓調節機構、總接線箱進行具體控制。總接線箱是對位移傳感器讀數，將模擬轉換成數字信號傳輸給工控機，或將工控機輸入的數字信號轉換成模擬信號，輸出至各指示燈和儀表，水泵變頻器則對水泵進行控制，從而實現檢測箱體內的水噴淋，水流量計對噴淋的水流量進行計量。風機變頻器則對風機頻率進行控制，通過對箱體內鼓風從而得到測試箱體內的風壓。風量風壓調節機構則對四個蝶閥閥位進行組合控制，而實現對測試箱體內的風壓調節功能。
當進行抗風壓性試驗時壓力傳感器則記錄下箱體內的風壓值。所有位移、氣壓、空氣滲透量、水流量等終端信號反饋到PLC控制柜，經過換算處理，最終顯示在工控機上，試驗人員記錄數據，進行一系列的檢測操作，完成檢測。
本發明建筑幕墻物理三性檢測系統對被檢測建筑幕墻進行了具體測試，其內容如下氣密性能測試測量建筑幕墻在一定壓力下的氣體泄漏量。測試原理為利用風機加一個恒定壓力，然后利用流量傳感器測試該壓力下密閉測試箱體的氣體泄漏量，逐級加壓，從而確定建筑幕墻的空氣泄漏特性。
測試系統的供風設備能施加正負雙向的壓力差，并能達到檢測所需要的最大壓力差；壓力控制裝置能調節出穩定的氣流。試件兩側至少應各有一個壓力探測點，以測量試件兩側的壓力差；壓力傳感器的精度達到示值的2％；空氣流量測量裝置的測量誤差不應大于示值的5％。
水密性能測試測量建筑幕墻在一定壓力下的雨水滲漏量。測試原理為利用風機加一個恒定壓力(±1000-3000Pa左右)，然后開始利用檢測箱體內的噴淋部件噴水，并在一段時間內模擬自然與水的風壓變化，肉眼觀測建筑幕墻的水泄漏情況，從而確定建筑幕墻的雨水滲漏特性。
測試系統的供風設備能施加正負雙向的壓力差，并能達到檢測所需要的最大壓力差；壓力控制裝置能調節出穩定的氣流，并能提供3～5s周期的穩定波動風壓，波動風壓的波峰、波谷值滿足檢測要求。試件兩側至少各有一個壓力探測點，以測量試件兩側的壓力差；壓力傳感器的精度達到2％；波動風壓由有合適響應速度的傳感器測量，傳感器的輸出由圖表記錄儀或可顯示壓力變化的設備記錄。噴淋部件能以不小于4L/m2·min的淋水量均勻地噴淋到試件的外表面上，噴淋孔布置均勻，各噴淋孔與試件的距離宜相等；裝置的噴水量能調節，并有措施保證噴水量的均勻性。
抗風壓性能測試測量建筑幕墻對強風的抵抗特性。測試原理為利用風機加一個周期交變壓力(壓力范圍為+2500-5000Pa)，交變周期大約為5秒，然后利用位移傳感器測量建筑幕墻的變形情況，從而確定建筑幕墻的抗風壓特性。
測試系統的供風設備能施加正負雙向的壓力差，并能達到檢測所需要的最大壓力差；壓力控制裝置能調節出穩定的氣流，并能在規定的時間達到檢測風壓。試件兩側至少各有一個壓力探測點，以測量試件兩側的壓力差；壓力傳感器的精度達到1％；波動風壓由有合適響應速度的傳感器測量，傳感器的輸出由圖表記錄儀或可顯示壓力變化的設備記錄。位移計的精度應達到滿量程±0.25％；波動壓力周期為5～7s，波動次數不少于10次。升、降壓速度為可達到500Pa/s，壓力持續時間不少于3s。
本發明經測試達到了很高的技術性能指標，以上三類測試全面滿足最新國家標準的相關要求，并能夠做到自動切換測試模式、自動數據采集、自動數據保存。
權利要求
1.一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于包括電氣控制電路、風量風壓調節機構、水路組件及檢測箱體；所述的電氣控制電路由工控機、PLC控制器、總接線箱、水泵變頻控制器、風機變頻控制器、操作面板、多個壓力保護開關、急停按鈕組成；所述的工控機通過工業以太網總線分別與PLC控制器、總接線箱連接，雙向傳輸數據和命令，總接線箱收集現場檢測信息傳輸給工控機；所述的PLC控制器通過現場總線分別與水泵變頻控制器、風機變頻控制器、操作面板、風量風壓調節機構、水路組件、多個壓力保護開關、急停按鈕連接；PLC控制器通過現場總線對水泵變頻控制器、風機變頻控制器及風量風壓調節機構進行動作和控制，并采集設備狀態；所述的檢測箱體可任意分隔成多個封閉式檢測單元，在該檢測箱體內設有六個位移傳感器的分接線箱，每個分接線箱中設有40個位移傳感器的輸入和輸出接線端子；若干個位移傳感器分別設置在被測建筑幕墻上，各位移傳感器的信號輸出端分別通過導線與相對應的分接線箱的輸入端子連接，分接線箱的輸出接線端子通過導線與總接線箱連接；設置在檢測箱體內的氣管和水管分別與風量風壓調節機構和水路組件連接。
2.根據權利要求1所述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于所述的總接線箱由多個數字量輸入接口電路、多個數字量輸出接口電路、多個模擬量輸入接口電路、多個模擬量輸出接口電路及嵌入式數據采集裝置組成；嵌入式數據采集裝置的多個輸入端分別與各數字量輸入接口電路的輸出端、各模擬量輸入接口電路的輸出端連接，嵌入式數據采集裝置的多個輸出端分別與各數字量輸出接口電路的輸入端、各模擬量輸出接口電路的輸入端連接；嵌入式數據采集裝置的以太網接口通過以太網總線與工控機的以太網接口連接。
3.根據權利要求1和要求2所述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于所述的模擬量輸入接口電路由運算放大器U2A、U2B、基準電源U12、電阻R32、R44、R45、R19、R20、濾波電容C7、C19、C20、C21組成；運算放大器U2A的P3與地之間并接電容C7和電阻R32，運算放大器U2A的P2與P1相連接，運算放大器U2A與U2B之間串接電阻R45，基準電源U12的P6與運算放大器U2B的P6之間串接電阻R44，運算放大器U2B的P6與P7之間、P5與地之間分別串接電阻R20和R19；基準電源U12的P2與地之間并接電容C19、C21，基準電源U12的P6與地之間串接電容C20。
4.根據權利要求1所述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于所述的風量風壓調節機構由風機、四組獨立氣動調節蝶閥組成的風路切換部件、靜壓箱、并行管組件、氣管組成；所述的風機的進風口通過氣管與第一氣動調節蝶閥和第二氣動調節蝶閥的閥口連接，其出風口通過氣管與和第三氣動調節蝶閥和第四氣動調節蝶閥的閥口連接；所述的靜壓箱一端通氣口與第二氣動調節蝶閥的閥口和第三氣動調節蝶閥的閥口連接；其另一端通氣口與并行管組件的一端連接，所述的并行管組件的另一端設置在檢測箱體中；所述的風量風壓調節機構中的風機與風機變頻控制器連接，PLC控制器通過調節控制風機變頻控制器的頻率，而調節控制風機的轉速、風機輸出的風壓。
5.根據權利要求4所述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于所述的氣動調節蝶閥由蝶閥、氣缸及閥門定位器組成；蝶閥由閥體與設置在閥體內的閥芯構成；閥體內的閥芯與氣缸、閥門定位器同軸連接；外部空氣壓縮機通過氣管與各氣動調節蝶閥的進氣口連接；四個閥門定位器的控制端通過現場總線與PLC控制器連接，PLC控制器通過控制閥門定位器，調節蝶閥閥芯的閥位。
6.根據權利要求4所述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于所述的并行管組件由主氣管和文丘里管并行設置，該兩管的兩端分別相連接；文丘里管的中間段管徑小于兩側的管徑，在這細小的管徑部位設有一流量傳感器；在相鄰檢測箱體部位的主氣管上設有兩壓力傳感器，在主氣管上間隔設有設有金屬軟密封閥和放氣閥。
7.根據權利要求4所述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于所述的第一氣動調節蝶閥的進氣口的氣管內設有過濾器和消音器；所述的第四氣動調節蝶閥的出氣口的氣管內設有消音器。
8.根據權利要求1所述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于所述的水路組件由水泵機組、過濾機組、水流量計、多個調節閥門、止回閥、噴淋部件及水管組成；所述的水泵機組由大功率水泵和小功率水泵組成；該兩水泵的進水口分別通過水管與水池和自來水管連接，在兩水泵的進水口與水池之間的水管上分別設有調節閥；該兩水泵的出水口分別通過水管與過濾機組的進水口和調節閥的一端閥口連接，該兩水泵的出水口與過濾機組的進水口之間的水管上分別設有止回閥和調節閥；過濾機組的進水口與出水口之間的水管上分別設有調節閥；在濾機組的出水口的調節閥的閥口通過水管與設置在檢測箱體中的噴淋部件連接；在噴淋部件前部的水管上設置水流量計，噴淋部件下部的水流通道與水池連通；大功率水泵和小功率水泵的控制端分別與水泵變頻控制器連接，PLC控制器通過調節控制水泵變頻控制器的頻率，而調節控制水泵輸出的水壓和水流量。
9.根據權利要求8所述的一種建筑幕墻物理三性檢測系統，其特征在于所述的噴淋部件由方管構成的框架、并行排列在框架上的水管、固定水管的管卡在水管上均勻布設多個噴淋孔構成，在水管上連接進水管。
全文摘要
一種建筑幕墻物理三性檢測系統，包括電氣控制電路、風量風壓調節機構、水路組件及檢測箱體；電氣控制電路中工控機通過工業以太網總線分別與PLC控制器、總接線箱連接，雙向傳輸數據和命令；PLC控制器通過現場總線分別與水泵變頻控制器、風機變頻控制器、操作面板、風量風壓調節機構、水路組件、多個壓力保護開關、急停按鈕連接，可對水泵變頻控制器、風機變頻控制器及風量風壓調節機構進行動作和控制；檢測箱體內設有的位移傳感器與總接線箱連接，氣管和水管分別與風量風壓調節機構和水路組件連接。本發明能施加正負雙向風壓，穩定的氣流和水流，對被測建筑幕墻進行氣密性能、水密性能、抗風壓性能檢測，通過測控界面，自動數據采集、保存。
文檔編號G01M99/00GK1971235SQ200510110768
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者陸津龍, 鮑德波, 徐勤, 林舸, 張勇, 戴忠驊, 陳云峭 申請人:上海市建筑科學研究院有限公司