灑水分布性能測試裝置的制作方法

專利名稱：灑水分布性能測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及消防器材測試設備，特別涉及一種用于自動噴水滅火系統灑水噴頭、 擴大覆蓋面積灑水噴頭、水霧噴頭及ESFR噴頭的灑水分布性能試驗的灑水分布性能測試裝置。
背景技術：
灑水分布性能測試裝置是用于自動噴水滅火系統灑水噴頭、水霧噴頭、早期抑制 快速響應(ESFR)噴頭的灑水分布性能試驗設備。灑水噴頭、水霧噴頭或ESFR噴頭是否能按 照設計的灑水形狀灑水，并在其所保護面積(灑水范圍)內滿足標準要求的最低灑水密度， 關系到噴頭是否能有效的實施滅火、控火或冷卻，是評價噴頭性能優劣的重要指標之一。所 以不僅消防產品檢驗機構擁有測量灑水分布性能的試驗裝置，很多生產廠家也對自己生產 的噴頭進行灑水分布測試，以便掌握產品的性能。目前，國外與自動噴水滅火系統產品檢驗或試驗有關的試驗室主要有美國工廠互 助會(Factory Mutual，以下簡稱FM)、美國保險商試驗室(UL)以及英國防災協會(LPC)等等。FM是提供保險產品和服務的第三方試驗、評估認證和批準機構，批準和認證的內 容包括自動噴淋系統、建筑材料、固定滅火系統、可燃氣體設備、消火栓和水帶。FM在水噴淋 滅火系統方面進行的研究、檢測、標準制訂，是目前世界上最先進的、最有權威的。美國保險商試驗室(UL)是一個檢測和驗證產品安全性的、獨立的、非盈利性組 織，成立于1894年，已進行了 100多年的產品公共安全性能檢測。上述這些試驗室都設有測量噴頭灑水分布性能的試驗裝置，其結構形式基本相 同，通常為供水時手動開啟閥門放水，集水部分將噴灑到集水盒中的水導入測量桶中，通 過測量液位的方法測量收集到的水量，最后手動打開放水閥，將測量桶中的水倒掉。進行布 水試驗時，手動調整管網的流量至試驗值后，關閉供水閥門，逐個將集水桶中的水倒掉后， 再開啟供水閥門試驗，然后通過集水桶外的玻璃管液位計測量收集到的水量。整個過程基 本上是人工操作完成。測量部分采用液位計顯示的方法有其直觀、易于操作的優點，但由于 測量桶直徑偏大，讀取液位數值造成的偏差等因素對測量的精度會造成很大的影響，因此 這類裝置的自動化程度很低，測量精度不高。國外生產水系統產品的有代表性的企業如可靠公司，其布水性能測試方法與FM 采用的基本相似。國內情況國家固定滅火系統和耐火構件質量監督檢驗中心目前采用的布水試 驗裝置建于1988年，是我國現有的能對不同噴頭進行布水試驗的唯一裝置，其結構為采 用液壓系統控制集水盒的升降和接水桶的翻轉，從而調整集水盒距吊頂的間距(范圍為 2. 14m 2. 70m)，完成接水桶接水和倒水，并通過接水桶內的觸點開關測定噴頭最低灑水 密度，對常見的下垂安裝或直立安裝的公稱口徑為15mm的灑水噴頭按GB5135進行檢驗非 常方便適用，但對于其他口徑的灑水噴頭及其他類型的噴頭(如水霧噴頭)不適用，對ESFR噴頭則無法進行試驗。國內生產灑水噴頭、水霧噴頭等產品的企業百余家，多數廠家認為布水試驗裝置 復雜，造價高，沒有配備專用的布水試驗裝置，個別骨干大廠建有專門的布水試驗室，但試 驗設施普遍比較簡單，一般采用人工擺放集水盒的方法，待試驗結束后，逐個盒稱重，然后 計算。試驗設施簡陋，測試精度低，勞動強度大。目前采用的布水試驗裝置建于八十年代末， 通常采用液壓系統控制集水盒的升降和接水桶的翻轉完成接水桶接水和倒水，集水盒距吊 頂的間距調整范圍為2. 14m 2. 70m，接水桶總容積10. 5L，通過接水桶內的觸點開關測定 噴頭最低灑水密度(輸出開關量信號)，對常見的下垂安裝或直立安裝的公稱口徑為15的 灑水噴頭按GB5135進行檢驗非常簡便。其優點是操作簡便；自動化程度較高；測量速度快，效率高；其缺點也很明顯液位觸點開關因長期在水中浸泡，會影響其導通性能，其輸出信 號準確度減低；集水盒距吊頂的調整范圍小；接水桶總容積小；測量輸出的是開關量信號，不能準確描述灑水分布情況；適用范圍小，不能滿足對 大口徑的灑水噴頭、邊墻型灑水噴頭、水霧噴頭、ESFR噴頭的試驗要求；(目前部分試驗只 能采用較簡陋方法進行)；Z80微機運行對環境要求高，現有機房環境難以保證機器正常工 作。

發明內容
本發明的目的就是為克服現有技術的不足，針對灑水分布性能測試裝置自動化程 度不高的現狀，提供一種有較高自動化程度的灑水分布性能測試裝置的技術方案，使測試 裝置達到測量精度高、工作穩定性好、試驗可重復性好；裝置可全部拆卸，可移動，吊頂距集 水盒調整范圍大；裝置適用范圍廣；裝置工程造價低、自動化程度高的水平。本發明是通過這樣的技術方案實現的灑水分布性能測試裝置，包括測量控制系 統、供水系統、集水系統和稱重系統，其特征在于，所述測量控制系統由上位計算機、PLC控 制柜和打印機組成，PLC控制柜內包括PLC模塊單元和由接觸器、熱繼電器、中間繼電器連 接構成的電氣線路，PLC控制柜上裝有轉換開關，用于切換手動和自動運行狀態；PLC模塊單元包括CPU模塊、電源模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊和模擬 量輸入模塊，PLC控制柜分別與供水系統、集水系統、稱重系統的測量裝置和電動設備連 接；PLC控制柜轉換開關切換到自動運行狀態時PLC控制柜通過運行PLC模塊單元預 裝的PLC程序控制現場設備，實現灑水分布數據的測量、采集、監控和處理，運行在上位計 算機上的組態軟件通過CP 5611卡與PLC模塊單元通信；操作上位計算機組態軟件控制窗 口實現對供水系統管路中的電動閥門、集水系統和稱重系統中的電動球閥的自動控制，并 由組態軟件自動生成數據報表；所述供水系統主要由水泵機組、活動吊頂、主干管路、分支管路、排水管路、 流量計、壓力傳感器、電動閥門、手動閥組成；活動吊頂距地2. 8m-7m可調，通過控制 活動吊頂升降來調整活動吊頂與集水系統的集水盒之間的距離；試驗集水面積為 4. OmX4. Om+2. 5mX 3. Om ；活動吊頂上配置由主干管路和分支管路組成的給水管路，分支管 路末端設置噴頭接口，噴頭接口用于連接灑水噴頭、水霧噴頭、ESFR噴頭、EC噴頭和低壓快速噴頭；流量計、壓力傳感器安裝在主干管路上，電動閥門、手動閥安裝在分支管路上；噴 頭接口按實驗要求分布在活動吊頂上；流量計、壓力傳感器的電流或電壓信號傳送給測量 控制系統；所述集水系統包括組合框架和集水盒，將若干集水盒安裝在組合框架上組成集水 盒陣列；其中縱向排列的若干集水盒形成一組集水盒組，若干集水盒組并排安放組成集水 盒陣列，集水盒上口為矩形開口，盒底中心為有排水孔，每個集水盒盒底的排水孔垂直連接 一根排水直管，排水直管上安裝三位兩通電動球閥，電動球閥的控制端子通過導線連接到 測量控制系統的PLC控制柜，PLC控制柜控制電動球閥開或關；排水直管下口裝有三通，排 水直管通過三通與導流管相連，同一集水盒組的集水盒的排水直管并聯連接在同一導流管 上，導流管由末端至前端有一傾斜角度，傾斜角度為5 10度，導流管延伸至前端，前端口 為出水口，對應每一條導流管的出水口下面分別置放一個稱量桶；所述稱重系統由稱量桶、支架、稱重傳感器、稱重變送器和電動球閥構成，每個稱 量桶外壁設有吊耳，吊耳均勻分布在稱量桶外壁間隔120°的圓周上，用于固定安裝三只稱 重傳感器；稱重傳感器為S型，以吊勾式安裝在支架上；稱量桶的下端為圓弧底，圓弧底中 心孔的排水管上裝有電動球閥。本發明的采用的灑水分布性能測試裝置的技術方案，采用PLC柜和上位計算機來 實現灑水分布數據的測量，對進、排水管路電動閥門和電動球閥實現自動控制，其優點是， 測量精度高，裝置自動化程度高，減少了換算過程，重量可直接計算出灑水密度，直接得出 重量數據，可自動記錄、自動生成和打印報表；灑水分布性能測試裝置具有結構簡單，全部 可拆卸、可移動，工程造價低的特點，適用范圍廣。


圖1、測量控制系統電路結構圖；圖2、集水盒布局圖；圖3、供水管路示意圖；圖4、集水盒組側視5、集水盒組正視圖；圖6、稱重桶主視圖；圖7、稱重桶俯視圖。
具體實施例方式為了更清楚的理解本發明，結合附圖和實施例詳細描述本發明如圖1至圖7所示的灑水分布性能測試裝置，包括測量控制系統、供水系統、集水 系統和稱重系統，測量控制系統由上位計算機、PLC控制柜和打印機組成，PLC控制柜內包 括PLC模塊單元和由接觸器、熱繼電器、中間繼電器連接構成的電氣線路，PLC控制柜上裝 有轉換開關，用于切換手動和自動運行狀態；PLC模塊單元包括CPU模塊、電源模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊和模擬 量輸入模塊，PLC控制柜分別與供水系統、集水系統、稱重系統的測量裝置和電動設備連接， PLC控制柜轉換開關切換到自動運行狀態時PLC控制柜通過運行PLC模塊單元預裝的PLC程序控制現場設備，實現灑水分布數據的測量、采集、監控和處理，運行在上位計算機上的 組態軟件通過CP 5611卡與PLC模塊單元通信；操作上位計算機組態軟件控制窗口實現對 供水系統管路中的電動閥門、集水系統和稱重系統中的電動球閥的自動化控制，并由組態 軟件自動生成數據報表；PLC模塊單元采用可編程控制器S7-300，S7-300包括CPU模塊CPU 314、模擬量輸 入模塊SM331、數字量輸入模塊SM321和數字量輸出模塊SM322 ；通過CPU模塊CPU 314上 的通訊接口，用通訊電纜連接上位計算機內的CP 5611卡；使可編程控制器S7-300和上位 計算機通信。稱重系統的稱重傳感器采集的重量信號傳送至稱重變送器，經稱重變送器轉換為 4-20mA模擬信號，再傳送到模擬量輸入模塊SM331輸入端口，由CPU模塊CPU 314內的預制 程序對數據進行處理。上位計算機安裝Windows 2000操作系統和MCGS組態軟件，編輯MCGS組態軟件， 使布水工藝畫面和試驗操作畫面分別以數字、棒狀圖方式顯示出來并由MCGS組態軟件自 動生成報表；試驗中計算機對閥門的控制可以分別采用自動程序控制和鍵盤開關控制。計算機 將設定的程序傳輸至S7-300的數字量輸入模塊，由可編程控制器輸出開關量信號，控制閥 門開關。稱重終端和計算機，計算機能記錄并顯示測量水量結果，也可以直接從稱重終端 人工記錄水量數據。如果計算機出現故障，可以采用手動操作方式，手動操作開關控制閥門動作；采用 人工記錄方式，從稱重終端(稱重顯示儀表)取得集水盒水量數據。稱重傳感器選擇METTLER TOLEDO TSC 50kg傳感器；本裝置PLC所選用SIMATIC S7-300模塊性能參數CPU 模塊CPU 314 ；模擬量輸入模塊SM331 ；
數字量輸入模塊SM321 ；數字量輸出模塊SM322 ；存儲卡模塊:MMC64K ；電源模塊PS307；通訊模塊CP5611;供水系統主要由水泵機組、活動吊頂、主干管路、分支管路、排水管路、流量 計、壓力傳感器、電動閥門、手動閥組成；采用液壓裝置控制活動吊頂升降，調整活動 吊頂與集水系統的集水盒之間的距離；活動吊頂距地2. 8m-7m可調，試驗集水面積為 4. OmX4. Om+2. 5mX 3. Om ；活動吊頂上配置主干管路和分支管路組成的給水管路，分支管路 末端設置噴頭接口，噴頭接口用于連接灑水噴頭、水霧噴頭、ESFR噴頭、EC噴頭和低壓快速 噴頭；噴頭接口按實驗要求分布在活動吊頂上；試驗管路根據標準要求制作。分別配套3. 5m,3. 0m,2. 5m、1. 5m長度的支管，支管 直徑25mm ；供水主干管長4. Om,過流直徑65mm ；在主干管上裝有間閥、渦輪流量計、電控雨 淋閥、壓力傳感器，在主干管末端安裝排水用電磁閥。
渦輪流量計、電控雨淋閥、壓力傳感器的電流或電壓信號傳送給測量控制系統；如圖3所示為專門為ESFR噴頭配置雙路給水管路，除以上單路管網外，在主干管 路上預留DN65消火栓接口，需要時可以接水帶，組成雙向供水管路。如圖2、圖4、圖5所示，集水系統包括組合框架1和集水盒2，將若干集水盒2安裝 在組合框架1上組成集水盒陣列；其中縱向排列的若干集水盒2形成一組集水盒組，若干集 水盒組并排安放組成集水盒陣列，集水盒2上口為矩形開口，盒底中心為有排水孔，每個集 水盒2盒底的排水孔垂直連接一根排水直管3，排水直管3上安裝三位兩通電動球閥4，電 動球閥4的控制端子通過導線連接到測量控制系統的PLC控制柜，PLC控制柜控制電動球 閥4開或關；排水直管3下口裝有三通5，排水直管3通過三通5與導流管6相連，同一集 水盒組的集水盒2的排水直管3并聯連接在同一導流管6上，導流管6由末端至前端有一 傾斜角度，傾斜角度為5 10度，導流管6延伸至前端，前端口為出水口 61，對應每一條導 流管6的出水口 61下面分別置放一個稱量桶7 ；集水盒組合框架1由角鋼焊接，靜電噴涂而成，底部均裝有腳輪11，集水盒2由塑 料制成；集水盒2外形尺寸為500mmX 500mmX 400mm直桶。調整集水盒2置放位置與試驗噴頭位置相對應；電動球閥4按設定程序逐排開啟， 也可以手動操作按鈕，以任意順序開啟電動球閥4，將集水盒2內的水導入稱量桶7中。稱重系統由稱量桶7、支架、稱重傳感器、稱重變送器和電動球閥構成，每個稱量桶 7外壁設有吊耳，吊耳均勻分布在稱量桶外壁間隔120°的圓周上，用于固定安裝三只稱重 傳感器；稱重傳感器為S型，以吊勾式安裝在支架上；稱量桶7的下端為圓弧底，圓弧底中 心孔的排水管上裝有電動球閥71。稱量桶7桶的下端是圓弧底，圓弧底排水口處裝有用電 動球閥。稱量桶7容積60L。每組標準稱重桶稱量桶框架尺寸為500mm X 700mm X 900mm，稱
重桶7由不銹鋼管焊接而成，其頂部裝有塑料材質的擋水板，其主要作用是保護稱重部件 和試驗中防止水濺入稱重桶；其底部均裝有角輪，可移動。稱重傳感器通過稱重變送器輸出4mA-20mA電流信號傳給測量控制系統；稱重系統的稱重傳感器采集的重量信號傳送至稱重變送器，經稱重變送器轉換為 4-20mA模擬信號，再傳送到模擬量輸入模塊SM331輸入端口，由CPU模塊CPU 314內的預制 程序對數據進行處理。同國內外同類裝置相比較，本裝置具有適應標準廣泛(如IS06182、FM2008、 GB5135-1993, GB5135. 1、GB5135. 3、GB5135. 9、GA33-1992 等)、可自動記錄、自動打印驗參
數，試驗裝置全部可拆卸、可移動，試驗裝置工作穩定，整體試驗精度高等特點。根據上述說明，結合本領域技術可實現本發明的方案。
權利要求
1.灑水分布性能測試裝置，包括測量控制系統、供水系統、集水系統和稱重系統，其特 征在于，所述測量控制系統由上位計算機、PLC控制柜和打印機組成，PLC控制柜內包括PLC 模塊單元和由接觸器、熱繼電器、中間繼電器連接構成的電氣線路，PLC控制柜上裝有轉換 開關，用于切換手動和自動運行狀態；PLC模塊單元包括CPU模塊、電源模塊、數字量輸入模 塊、數字量輸出模塊和模擬量輸入模塊，PLC控制柜分別與供水系統、集水系統、稱重系統 的測量裝置和電動設備連接；PLC控制柜轉換開關切換到自動運行狀態時PLC控制柜通過 運行PLC模塊單元預裝的PLC程序控制現場設備，實現灑水分布數據的測量、采集、監控和 處理，運行在上位計算機上的組態軟件通過CP 5611卡與PLC模塊單元通信；操作上位計 算機組態軟件控制窗口實現對供水系統管路中的電動閥門、集水系統和稱重系統中的電動 球閥的自動控制，并由組態軟件自動生成數據報表；所述供水系統主要由水泵機組、活動吊 頂、主干管路、分支管路、排水管路、流量計、壓力傳感器、電動閥門、手動閥組成；活動吊頂 距地2. 8m-7m可調，通過控制活動吊頂升降來調整活動吊頂與集水系統的集水盒之間的距 離；試驗集水面積為4. OmX4. Om+2. 5mX3. Om ；活動吊頂上配置由主干管路和分支管路組 成的給水管路，分支管路末端設置噴頭接口，噴頭接口用于連接灑水噴頭、水霧噴頭、ESFR 噴頭、EC噴頭和低壓快速噴頭；流量計、壓力傳感器安裝在主干管路上，電動閥門、手動閥 安裝在分支管路上；噴頭接口按實驗要求分布在活動吊頂上；流量計、壓力傳感器的電流 或電壓信號傳送給測量控制系統；所述集水系統包括組合框架(1)和集水盒O)，將若干集 水盒( 安裝在組合框架(1)上組成集水盒陣列；其中縱向排列的若干集水盒( 形成一 組集水盒組，若干集水盒組并排安放組成集水盒陣列，集水盒( 上口為矩形開口，盒底中 心為有排水孔，每個集水盒( 盒底的排水孔垂直連接一根排水直管(3)，排水直管(3)上 安裝三位兩通電動球閥G)，電動球閥⑷的控制端子通過導線連接到測量控制系統的PLC 控制柜，PLC控制柜控制電動球閥(4)開或關；排水直管C3)下口裝有三通(5)，排水直管 (3)通過三通( 與導流管(6)相連，同一集水盒組的集水盒( 的排水直管( 并聯連接 在同一導流管(6)上，導流管(6)由末端至前端有一傾斜角度，傾斜角度為5 10度，導流 管(6)延伸至前端，前端口為出水口(61)，對應每一條導流管(6)的出水口(61)下面分別 置放一個稱量桶(7)；所述稱重系統由稱量桶(7)、支架、稱重傳感器、稱重變送器和電動球 閥構成，每個稱量桶(7)外壁設有吊耳，吊耳均勻分布在稱量桶外壁間隔120°的圓周上， 用于固定安裝三只稱重傳感器；稱重傳感器為S型，以吊勾式安裝在支架上；稱量桶(7)的 下端為圓弧底，圓弧底中心孔的排水管上裝有電動球閥(71)。
2.如權利要求1所述的灑水分布性能測試裝置，其特征在于，所述PLC模塊單元采用可 編程控制器S7-300，S7-300包括CPU模塊CPU 314、模擬量輸入模塊SM331、數字量輸入模 塊SM321和數字量輸出模塊SM322 ；通過CPU模塊CPU 314上的通訊接口，用通訊電纜連接 上位計算機內的CP 5611卡；使可編程控制器S7-300和上位計算機通信。
3.如權利要求1所述的灑水分布性能測試裝置，其特征在于，稱重系統的稱重傳感器 采集的重量信號傳送至稱重變送器，經稱重變送器轉換為4-20mA模擬信號，再傳送到模擬 量輸入模塊SM331輸入端口，由CPU模塊CPU 314內的預制程序對數據進行處理。
4.如權利要求1所述的灑水分布性能測試裝置，其特征在于，上位計算機安裝MCGS組 態軟件，編輯和運行MCGS組態軟件，組態軟件實現屏幕窗口監測控制，布水工藝畫面和試 驗操作畫面分別以數字、棒狀圖方式顯示，由MCGS組態軟件自動生成報表。
5.如權利要求1所述的灑水分布性能測試裝置，其特征在于，組合框架(1)由角鋼焊 接，靜電噴涂而成，底部均裝有腳輪。
6.如權利要求1所述的灑水分布性能測試裝置，其特征在于，集水盒O)由塑料制成。
7.如權利要求1所述的灑水分布性能測試裝置，其特征在于，稱量桶(7)由不銹鋼管焊 接而成，其頂部裝有塑料材質的擋水板其底部均裝有角輪。
全文摘要
本發明涉及灑水分布性能測試裝置，包括測量控制系統、供水系統、集水系統和稱重系統，測量控制系統由上位計算機、PLC控制柜和打印機組成，PLC控制柜內包括PLC模塊單元和由接觸器、熱繼電器、中間繼電器連接構成的電氣線路，PLC控制柜上裝有轉換開關，用于切換手動和自動運行狀態，其優點是，測量精度高，自動化程度高，減少了換算過程，重量可直接計算出灑水密度，直接得出重量數據，可自動記錄、自動生成和打印報表；具有結構簡單，可拆卸、可移動，工程造價低的特點，適用范圍廣。
文檔編號G01M13/00GK102072812SQ20101052656
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月1日 優先權日2010年11月1日
發明者劉連喜, 盧政強, 張少禹, 張強, 李毅, 沈賀坤, 趙永順 申請人:公安部天津消防研究所