CN1971235A - 建筑幕墙物理三性检测系统 - Google Patents

Abstract

一种建筑幕墙物理三性检测系统，包括电气控制电路、风量风压调节机构、水路组件及检测箱体；电气控制电路中工控机通过工业以太网总线分别与PLC控制器、总接线箱连接，双向传输数据和命令；PLC控制器通过现场总线分别与水泵变频控制器、风机变频控制器、操作面板、风量风压调节机构、水路组件、多个压力保护开关、急停按钮连接，可对水泵变频控制器、风机变频控制器及风量风压调节机构进行动作和控制；检测箱体内设有的位移传感器与总接线箱连接，气管和水管分别与风量风压调节机构和水路组件连接。本发明能施加正负双向风压，稳定的气流和水流，对被测建筑幕墙进行气密性能、水密性能、抗风压性能检测，通过测控界面，自动数据采集、保存。

Description

建筑幕墙物理三性检测系统

技术领域

本发明涉及一种对建筑幕墙进行物理测试的检测装置，尤其涉及一种对建筑幕墙进行气密性能、水密性能、抗风压性能检测的建筑幕墙物理三性检测系统。

背景技术

现有技术对建筑幕墙进行物理测试的检测装置，可对空气渗漏性测试，测量建筑幕墙在一定压力下的气体泄漏量；可对雨水渗漏性测试，测量建筑幕墙在一定压力下的雨水渗漏量；可对抗风压特性测试，测量建筑幕墙对强风的抵抗特性。

目前国内外市场上对建筑幕墙进行物理测试的现有技术检测装置的原理大体相同，即利用风机向密闭的检测箱体内提供不同的风压，从而满足三种不同的测试模式，并利用相应的传感器测出相关参数。但是，各类建筑幕墙检测装置主要的差别在于其风压调节系统的结构不同。此外，为了能够满足正负压测试的要求，都设计了不同的正负压切换机构。其中：

一种是德国KS公司的建筑幕墙检测装置，采用变频调速的方式来控制风机的转速，从而控制风量，进而达到控制风压的目的。这种建筑幕墙检测装置的缺点是：

1.德国公司的建筑幕墙检测装置由于采用了较为单一的风量控制方法，即仅仅通过风机调速的方式来控制风量。由于风机自身的惯性，变频调速的方式无法满足抗风压测试中要求的周期交变风压，即无法达到5秒为周期的风压变化，具体表现为加压迅速，而减压缓慢。

2.由于采用单一的风量控制控制方法对控制算法要求较高，从而加重了软件开发的工作量。

3.在该建筑幕墙检测装置中设有的正负压切换机构，采用一种伺服驱动风口调节机构，利用同一个风机实现正负压的灵活切换。但是其中有一个明显的缺点：该机构为了灵活安装，采用了木材作为安装底板，然后，在国内的实际使用中，由于天气潮湿，经常造成底板膨胀，从而加大了伺服机构的运动阻力，

4.在该建筑幕墙检测装置中由于选取的伺服电机力矩较小，因此经常造成电机烧毁，影响了设备的正常使用。

另一种是日本公司的建筑幕墙检测装置，日本公司的建筑幕墙检测装置则采用一套复杂的四联动阀门调节机构，通过调节阀并配合简单的风机调速功能来共同控制风量。从而达到控制风压的目的。

四联动阀门调节机构采用了一套四联动阀门来实现正、负压切换和压力调节，其工作原理说明是，电液伺服阀带动四联动阀门同步转动，四个阀门的开闭相位分别相差90度，在一定的电液伺服阀转动角度下，四个阀门各有一定的开闭角度，以此切换气体的流动方向(对应于正、负压测试)，或者分配空气流量关系，相应调节测试区腔体的压力。

这种四联动阀门调节机构的缺点是：

1.四联动阀门调节机构中由于对调节阀要求非常高的响应速度，而一般蝶阀的响应速度为15s左右，即0-90度的开合时间需要15s，因此对调节阀的制造工艺要求很高。

2.四联动阀门调节机构由于需要精确的定位精度，否则将很难保证稳定的风压曲线，在设计方案中设计了一套机械四联动阀门，并采用了电液伺服驱动，达到设计要求中的风压控制曲线。因此，机械结构复杂，制造成本高。

3.由于四个阀门是联动的，为了补偿阀门通径误差的影响，在四个阀门前都各装了一个调零阀门；因此，增加了另部件，提高制造成本。

4.四联动阀门调节机构成本造价比较高，而且初始调节比较复杂，阀门调节时压力对阀位的变化比较敏感。

还有一种我国现有技术的风量调节装置，由风机、高速调节阀、高速截止阀以及普通调节阀构成。相应的阀门系统都配备相应的阀门控制/定位器。整个风量调节装置的原理是：由变频系统控制风机运转，通过送风管道和高速调节蝶阀将压缩空气送入测试箱体。通过调节高速调节蝶阀的开合角度从而调节进入箱体的空气流量，从而达到调节箱体内的测试压力。然而仅通过上述步骤仅仅能够有效地控制箱体压力的上升曲线，对于压力的波动曲线无法精确控制，这是因为风机的调速性能在加速的时候可以有很高的响应速度，然后在减速的时候，由于风机的自身惯量，很难迅速减速，从而导致风压的波动曲线无法达到国家检测要求。这也是目前的幕墙物理三性检测设备中最为突出的问题。

现有技术的建筑幕墙检测装置中由于现场检测箱体与设备间和操作室位置比较分散，而传感器数量很多，大部分设置在现场检测箱体中，需要收集的大量现场检测信息和底层设备反馈信号比较多，检测控制电路中采用传统方式直接把信号接入工控机或PLC控制器系统，将给布线工作带来很大的困难，而且相应地系统信号传输的可靠性降低，维护保养十分不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种建筑幕墙物理三性检测系统，它能施加正负双向的压力差，能调节出稳定的气流，对建筑幕墙进行空气渗透检测；能模拟自然与水的风压变化，确定建筑幕墙的雨水渗漏特性；能在一个周期交变压力，交变周期大约为5秒，确定建筑幕墙的抗风压特性；并能够通过测控界面，实现自动切换测试模式、自动数据采集、自动数据保存。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：建筑幕墙物理三性检测系统，其特点是，包括电气控制电路、风量风压调节机构、水路组件及检测箱体；

所述的电气控制电路由工控机、PLC控制器、总接线箱、水泵变频控制器、风机变频控制器、操作面板、多个压力保护开关、急停按钮组成；

所述的工控机通过工业以太网总线分别与PLC控制器、总接线箱连接，双向传输数据和命令，总接线箱收集现场检测信息传输给工控机；

所述的PLC控制器通过现场总线分别与水泵变频控制器、风机变频控制器、操作面板、风量风压调节机构、水路组件、多个压力保护开关、急停按钮连接；PLC控制器通过现场总线对水泵变频控制器、风机变频控制器及风量风压调节机构进行动作和控制，并采集设备状态；

所述的检测箱体4可任意分隔成多个封闭式检测单元，在该检测箱体内设有六个位移传感器的分接线箱，每个分接线箱中设有40个位移传感器的输入和输出接线端子；若干个位移传感器分别设置在被测建筑幕墙上，各位移传感器的信号输出端分别通过导线与相对应的分接线箱的输入端子连接，分接线箱的输出接线端子通过导线与总接线箱连接；设置在检测箱体内的气管和水管分别与风量风压调节机构和水路组件连接。

上述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其中，所述的总接线箱由多个数字量输入接口电路、多个数字量输出接口电路、多个模拟量输入接口电路、多个模拟量输出接口电路及嵌入式数据采集装置组成；嵌入式数据采集装置的多个输入端分别与各数字量输入接口电路的输出端、各模拟量输入接口电路的输出端连接，嵌入式数据采集装置的多个输出端分别与各数字量输出接口电路的输入端、各模拟量输出接口电路的输入端连接；嵌入式数据采集装置的以太网接口通过以太网总线与工控机的以太网接口连接。

上述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其中，所述的模拟量输入接口电路由运算放大器U2A、U2B、基准电源U12、电阻R32、R44、R45、R19、R20、滤波电容C7、C19、C20、C21组成；运算放大器U2A的P3与地之间并接电容C7和电阻R32，运算放大器U2A的P2与P1相连接，运算放大器U2A与U2B之间串接电阻R45，基准电源U12的P6与运算放大器U2B的P6之间串接电阻R44，运算放大器U2B的P6与P7之间、P5与地之间分别串接电阻R20和R19；基准电源U12的P2与地之间并接电容C19、C21，基准电源U12的P6与地之间串接电容C20。

上述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其中，所述的风量风压调节机构由风机、四组独立气动调节蝶阀组成的风路切换部件、静压箱、并行管组件、气管组成；所述的风机的进风口通过气管与第一气动调节蝶阀和第二气动调节蝶阀的阀口连接，其出风口通过气管与和第三气动调节蝶阀和第四气动调节蝶阀的阀口连接；所述的静压箱一端通气口与第二气动调节蝶阀的阀口和第三气动调节蝶阀的阀口连接；其另一端通气口与并行管组件的一端连接，所述的并行管组件的另一端设置在检测箱体中；所述的风量风压调节机构中的风机与风机变频控制器连接，PLC控制器通过调节控制风机变频控制器的频率，而调节控制风机的转速、风机输出的风压。

上述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其中，所述的气动调节蝶阀由蝶阀、及阀门定位器组成；蝶阀由阀体与设置在阀体内的阀芯构成；阀体内的阀芯与气缸、阀门定位器同轴连接；外部空气压缩机通过气管与各气动调节蝶阀的进气口连接；四个阀门定位器的控制端通过现场总线与PLC控制器连接，PLC控制器通过控制阀门定位器，调节蝶阀阀芯的阀位。

上述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其中，所述的并行管组件由主气管和文丘里管并行设置，该两管的两端分别相连接；文丘里管的中间段管径小于两侧的管径，在这细小的管径部位设有一流量传感器；在相邻检测箱体部位的主气管上设有两压力传感器，在主气管上间隔设有金属软密封阀和放气阀。

上述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其中，所述的第一气动调节蝶阀的进气口的气管内设有过滤器和消音器；所述的第四气动调节蝶阀的出气口的气管内设有消音器。

上述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其中，所述的水路组件由水泵机组、过滤机组、流量传感器、多个调节阀门、止回阀、喷淋部件及水管组成；所述的水泵机组由大功率水泵和小功率水泵组成；该两水泵的进水口分别通过水管与水池和自来水管连接，在两水泵的进水口与水池之间的水管上分别设有调节阀；该两水泵的出水口分别通过水管与过滤机组的进水口和调节阀的一端阀口连接，该两水泵的出水口与过滤机组的进水口之间的水管上分别设有止回阀和调节阀；所述的过滤机组的进水口与出水口之间的水管上分别设有调节阀；在滤机组的出水口的调节阀的阀口通过水管与设置在检测箱体中的喷淋部件连接；在喷淋部件前部的水管上设置水流量计，喷淋部件下部的水流通道与水池连通；大功率水泵和小功率水泵的控制端分别与水泵变频控制器连接，PLC控制器通过调节控制水泵变频控制器的频率，而调节控制水泵输出的水压和水流量。

上述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其中，所述的喷淋部件由方管构成的框架、并行排列在框架上的水管、固定水管362的管卡在水管上均匀布设多个喷淋孔构成，在水管上连接进水管。

本发明建筑幕墙物理三性检测系统由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明由于在电气控制电路中从系统整体架构上充分利用了工业以太网和ProfiBUS现场总线的特点，因此，极大地简化了现场布线工作，有效提高了各传感器信号的抗干扰性和对各底层设备(包括变频器和阀门定位器)控制的准确性。

2.本发明的风压调节机构，由于是对四个阀门独立进行驱动和控制，因此，各个阀门的阀位都可以控制调节，风压控制精度高，响应迅速；同时，由于每个阀门的阀位可以独立调节设定，可以调节四个阀对应平衡位置的阀位，因此，不需要单独设置调零阀门，制造成本可降低，且控制灵活。

3.本发明的风压调节机构中由于设有并行管路，通过设置文丘里管和高等级的金属软密封阀，一方面减小了管路截面积并使得空气流动均匀化，大幅提高空气流量检测的精度，另一方面，尽量降低了管路内部的附加渗漏，保证了试件空气渗漏特性检测的准确性，也有效提高了小流量时的测试精度。

4.本发明由于在风压调节机构设有主动泄压回路，从而确保了风压曲线的控制周期能够满足最新的国家测试标准。

5.本发明由于在电气控制电路中设有风机变频器，可调节风机转速，采用高精度的阀门定位器和独立控制的四套气动调节阀门调节风路，大大提高了风压控制的灵活性和准确性。

6.本发明由于用同一台风机对检测箱体实现正负压控制，用相同类型的调节阀对称地切换气路，因此箱体的正、负压力控制过程可以实现波动风压曲线的良好对称性。

7.本发明由于在工控机软件架构上，设有专用的检测软件，能实现所有现场数据的收集、测试流程的控制和数据的处理和打印等任务。

8.本发明由于针对系统的硬件结构自行设计了总接线箱、PLC控制器和工控机三方之间的数据通讯协议，因此，可以在系统的任何一个位置监控系统的所有数据并对设备进行控制。

9.本发明由于采用标准调节阀保证了系统的可维护性。

10.本发明由于系统方案设计合理、设备选型准确，整套系统在达到较高技术水平的同时价格远远低于进口的同类产品，具有极高的性价比。

11.本发明的由于采用循环的水路系统，有效的节约了水资源。

附图说明

图1是本发明建筑幕墙物理三性检测系统框图。

图2是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的总接线箱电路框图。

图3是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的总接线箱中的数字量输入接口电路原理图。

图4是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的总接线箱中的数字量输出接口电路原理图。

图5是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的总接线箱中的模拟量输入接口电路原理图。

图6是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的总接线箱中的模拟量输出接口电路原理图。

图7是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的风量风压调节机构的结构示意图。

图8是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的风量风压调节机构中的四组气动调节蝶阀的阀位状态图。

图9是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的水路组件结构示意图。

图10是本发明建筑幕墙物理三性检测系统的水路组件中的喷淋部件结构示意图。

具体实施方式

请参见图1所示，建筑幕墙物理三性检测系统，包括电气控制电路1、风量风压调节机构2、水路组件3及检测箱体4。

电气控制电路1包括通用的工控机11、PLC控制器(型号为CPU-314-C及扩展模块)12、总接线箱(型号为)13、水泵变频控制器(型号为MM43022KW)14、风机变频控制器(型号为MM430110KW)15、操作面板16、多个压力保护开关17、急停按钮18、在操作面板16设置了各按钮、开关、指示灯、仪表。

工控机11的以太网通信接口通过工业以太网总线分别与PLC控制器12的以太网通信接口、总接线箱13的以太网通信接口连接，双向传输数据和命令，总接线箱13收集现场检测信息，通过工业以太网总线发给工控机11。总接线箱13收集现场检测信息传输给工控机11。

PLC控制器12的通信接口通过现场总线分别与水泵变频控制器14、风机变频控制器15、操作面板16上的各按钮、开关、指示灯、仪表，风量风压调节机构2中设有的四个阀门定位器225、226、227、228，水路组件3中的水流量传感器33(型号为KTLUD-22-10F-131)、多个压力保护开关17、急停按钮18连接；水路组件3中有水泵机组，该水泵机组31由大功率水泵(其中水泵型号为CZW100-200、水泵电机型号为Y180M-2)311和小功率水泵(其中水泵型号为CZW50-200、水泵电机型号为Y132S2-2)312组成；大功率水泵311和小功率水泵312的控制端分别与水泵变频控制器14连接。风量风压调节机构2中的风机21(型号为QA280M2A)与风机变频控制器15连接。

PLC控制器12通过现场总线对水泵变频控制器14、风机变频控制器15及风量风压调节机构进行动作和控制，并采集设备状态。

检测箱体4可任意分隔成多个封闭式检测单元，在该检测箱体内设有六个位移传感器的分接线箱41，每个分接线箱中设有40个位移传感器的输入和输出接线端子；若干个位移传感器411分别设置在被测建筑幕墙上，各位移传感器的信号输出端分别通过导线与箱对应的分接线箱41的输入端子连接，分接线箱41的输出接线端子通过导线与总接线箱13连接；设置在检测箱体4中的气管与风量风压调节机构2的气管连接；设置在检测箱体4中的水管与水路组件3的喷淋部件36连接。

本系统整体架构上充分利用了工业以太网和ProfiBUS现场总线的特点，极大地简化了现场布线工作，有效提高了各传感器各移传感器、压力传感器和流量传感器信号的抗干扰性和对各底层设备(包括变频器和阀门定位器)控制的准确性。提高了系统可靠性降低，维护保养方便。

工控机软件架构上，设有专用的检测软件，能实现所有现场数据的收集、测试流程的控制和数据的处理和打印等任务。针对系统的硬件结构自行设计了总接线箱、PLC控制器和工控机三方之间的数据通讯协议，可以在系统的任何一个位置监控系统的所有数据并对设备进行控制。

控制系统的主要硬件，采用了现有技术的Kontron工控机、西门子PLC控制器和Rabbit传感器总线控制器。PLC控制器软件采用西门子公司的Step7编程软件进行编写，向下通过ProfiBUS现场总线网络对2个变频器和4个阀门定位器进行动作控制并采集设备状态，向上通过工业以太网与工控机进行数据通讯；总接线箱收集现场传感器信息并发送给工控机。采用的工业以太网和ProfiBUS现场总线和所有的软件开发工具在运行中十分成熟可靠；在箱体、机房、操作室里都设置有急停按钮，操作室里更设置有多种操作模式的选择开关，工控机软件对所有安全信号进行扫描，一旦发现异常，可以迅速停机报警。以上各措施保证了系统运行的高度可靠性和安全性。

请参见图2所示，总接线箱13由多个数字量输入接口电路131、多个数字量输出接口电路132、多个模拟量输入接口电路133、多个模拟量输出接口电路134及嵌入式数据采集装置135(型号为BL-2100)组成；嵌入式数据采集装置135的多个输入端分别与各数字量输入接口电路131的输出端、各模拟量输入接口电路133的输出端连接，嵌入式数据采集装置135的多个输出端分别与各数字量输出接口电路132的输入端、各模拟量输出接口电路134的输入端连接；嵌入式数据采集装置135的以太网接口通过以太网总线与工控机的以太网接口连接。在该电路中嵌入式数据采集装置与工控机的数据通讯中，将现场检测的模拟信号转换成数字信号传输给工控机，将工控机输入的数字信号转换成模拟信号输出给总接线箱13的面板上的指示灯和指示仪表。

请参见图3所示，数字量输入接口电路131由光电耦合元件A1(型号为TLP521-4)、电阻R1至R4、RP1至RP4组成；在光电耦合元件A1的P1、P3、P5、P7分别与电阻R1、R2、R3、R4的一端连接，该电阻R1、R2、R3、R4的另一端分别与PLC控制器操作面板上的各操作按钮、开关和阀位反馈开关连接；在光电耦合元件A1的P10、P12、P14、P16分别与嵌入式数据采集装置135的多个输入端连接，同时分别与电阻RP1、RP2、RP3、RP4的一端连接，电阻RP1、RP2、RP3、RP4的另一端与连接+5V连接。

数字量输入接口电路131的电路原理是，PLC控制器操作面板上的各操作按钮、开关和阀位反馈开关的现场信号分别从各电阻R1、R2、R3、R4输入(标号DI1、DI2、DI3、DI4)，通过光电耦合元件A1，将信号转换为0或5V输入到嵌入式数据采集装置。通过各光电耦合元件，将外部电路与内部数字电路隔离，以提高数字电路的抗干扰能力和可靠性。

请参见图4所示，数字量输出接口电路132由驱动放大集成电路A4(型号为LMD18400)、电阻R13、R28及电容C28组成；驱动放大集成电路A4的P9、P10、P11、P12的数据端与数据采集装置135的相对应的各数据端连接，驱动放大集成电路A4的数据端P1、P2、P18、P19与PLC控制器操作面板上的各阀门控制信号灯连接；电阻R13、R28的一端分别与驱动放大集成电路A4的P13、P17连接，电阻R13、R28的一端与5V电源连接；电容C28端与驱动放大集成电路A4的P14连接，电容C28的另一端接地。

数字量输出接口电路132的电路原理是，采用驱动集成电路A4，放大嵌入式数据采集装置135的数字量输出信号的驱动能力。数据采集装置135的DO输出数据信号DD01、DD02、DD03、DD04经过LMD18400将输出信号变换到DDI1、DDI2、DDI3、DDI4，一方面提高了对负载的驱动能力，另一方面，驱动放大集成电路A4(型号LMD18400)内部提供了对每一路输出信号的监控和保护，任何一路输出发生过载或短路时，驱动放大集成电路A4的第13脚上的信号将被拉低，控制系统可以及时做出相应处理，保证了现场设备控制的准确性。

请参见图5所示，模拟量输入接口电路133由运算放大器U2A(型号为NE5532)、U2B(型号为NE5532)、基准电源U12(型号为ADR433)、电阻R32、R44、R45、R19、R20、滤波电容C7、C19、C20、C21组成；运算放大器U2A的P3与地之间并接电容C7和电阻R32，运算放大器U2A的P2与P1相连接，运算放大器U2A与U2B之间串接电阻R45，基准电源U12的P6与运算放大器U2B的P6之间串接电阻R44，运算放大器U2B的P6与P7之间、P5与地之间分别串接电阻R20和R19；基准电源U12的P2与地之间并接电容C19、C21，基准电源U12的P6与地之间串接电容C20。

在模拟量输入接口电路133中，运算放大器U2A做电压跟随器，使得传感器输入电压信号准确地传送到信号运算处理电路U2B，避免了由于线路阻抗损耗引起的信号失真；通过精密电阻R32进行电流信号采样；电容C7对传感器输入的信号实现低通滤波，有效滤除线路上可能存在的工频干扰信号。

采用运算放大器U2B使得输入的传感器4～20mA电流信号准确地变换为-10V～+10V信号，充分利用ADC采样电路的量程，可获得硬件支持的最高采样精度；基准电源U12提供高精度(％0.2)的参考电压，确保精确转换。

在本发明中设置在风量风压调节机构中的压力传感器的输出信号、设置在水路组件中的水流量传感器的输出信号、设置在被检测建筑幕墙上的位移传感器的输出信号通过分接线箱、均通过上述同样的模拟量输入接口电路133，输入嵌入式数据采集装置，进行模数转换。该电路通过改变U2B的增益和U12的参考电压值，可以精确实现任意线性关系的输入-输出信号运算关系，电路具有较好的通用性。

请参见图6所示，模拟量输出接口电路134由运算放大器集成电路U10A(型号为NE5532)构成；运算放大器集成电路U10A的正端P3与嵌入式数据采集装置的模拟量输出端连接，运算放大器集成电路U10A的负端P与运算放大器集成电路U10A的输出端连接，该输出端与操作面板16上的相对应的仪表连接。

模拟量输出接口电路134的电路原理是，采用运算放大器集成电路U10A(型号为NE5532)对嵌入式数据采集装置的模拟量输出信号(对应上图中的AAO1)进行缓冲放大(得到上图中的AAI1)，以驱动操作面板上的仪表。

请参见图7所示，风量风压调节机构2由风机21、四组独立气动调节蝶阀(型号为ZSGW-DN600-PN6)221、222、223、224和阀门定位器(型号为6DR5520)225、226、227、228组成的风路切换部件22、静压箱23、并行管组件24、气管25组成；所述的风机21的进风口通过气管25与第一气动调节蝶阀221和第二气动调节蝶阀222的阀口连接，其出风口通过气管25与和第三气动调节蝶阀223和第四气动调节蝶阀224的阀口连接；所述的静压箱23一端通气口与第二气动调节蝶阀222的阀口和第三气动调节蝶阀223的阀口连接；其另一端通气口与并行管组件25的一端连接，所述的并行管组件25的另一端设置在检测箱体4中。

各气动调节蝶阀221、222、223、224由蝶阀和设置在蝶阀阀口的气缸(图上未标)组成，各气动调节蝶阀221、222、223、224由阀体221a、222a、223a、224a与设置在阀体内的阀芯221b、222b、223b、224b构成；阀体内的阀芯与气缸、阀门定位器以机械连接轴同轴连接；外部空气压缩机5输出的压缩气体通过各阀门定位器和气缸进入气动调节蝶阀。四个阀门定位器的控制端通过现场总线与PLC控制器连接，PLC控制器通过控制阀门定位器，调节蝶阀阀芯的阀位。

并行管组件24由主气管241和文丘里管242并行设置，该两管241、242的两端分别相连接；文丘里管242的中间段管径小于两侧的管径，在这细小的管径部位设有一水流量传感器26；在相邻检测箱体部位的主气管241上设有一大空气压力传感器27和一小压力传感器271主气管241上间隔设有金属软密封阀(型号为ZSHWR-10-DN600-PN10)28和放气阀29。金属软密封阀的作用是，当进行空气渗透试验时关闭该密封阀，此时气流均通过空气流量计，进行计量。安装空气流量计处的风管为特殊制造的文丘里管。当进行抗风压实验时压力传感器则记录下箱体内的风压值。文丘里管的工作原理为：在做抗风压性能测试时，金属软密封蝶阀28打开至最大开度，保证有足够的空气流量进入测试箱体中建立较高压力，做气密性能测试时，将金属软密封蝶阀28完全关闭，进入测试箱体气体全部经减小了管径截面积的文丘里管242，安装在文丘里管242上的空气流量传感器26可以很精确地检测空气流量值。

第一气动调节蝶阀221的进气口的气管25内设有过滤器252和消音器251；所述的第四气动调节蝶阀222的出气口的气管内设有消音器251。

请参见图8所示，四个气动调节蝶阀从右到左编号分别为221、222、223、224。在PLC控制器通过现场总线对风量风压调节机构进行动作和控制下，四套各自独立并相同的气动调节蝶阀221、222、223、224与阀门定位器225、226、227、228采用来自压缩空气机的压缩空气(图中未示出)可各自独立地调节阀芯221b、222b、223b、224b的转动角度(以下简称阀位)，从而获得不同的压力状态。

当风量风压调节机构正压全压状态时：气动调节蝶阀221的阀芯221b全开，气动调节蝶阀222的阀芯222b全闭，气动调节蝶阀223的阀芯223b全开，气动调节蝶阀224的阀芯224b全闭。从大气抽入的空气通过气管25、气动调节蝶阀221经高压离心风机21提高风压后，通过气管25、气动调节蝶阀223、主气管241、进入检测箱体4。

当风量风压调节机构负压全压状态时：气动调节蝶阀221的阀芯221b全闭，气动调节蝶阀222的阀芯222b全开，气动调节蝶阀223的阀芯223b全闭，气动调节蝶阀224的阀芯224b全开。从检测箱体4中抽出的空气通过主气管241、气动调节蝶阀222、气管25，然后经高压离心风机21提高风压后，通过气管25、气动调节蝶阀224放入大气。当风量风压调节机构负压全压状态时，气体所经过的气路就形成主动泄压回路。

当风量风压调节机构正压低压状态时：气动调节蝶阀221的阀芯221b开启角度大于90°，气动调节蝶阀222的阀芯222b开启角度小于90°，气动调节蝶阀223的阀芯223b开启角度大于90°，气动调节蝶阀224的阀芯224b开启角度小于90°。从大气抽入的空气通过气管25、气动调节蝶阀221经高压离心风机21提高风压后，通过气管25、气动调节蝶阀223、主气管241、进入检测箱体4。

当风量风压调节机构负压低压状态时：气动调节蝶阀221的阀芯221b开启角度小于90°，气动调节蝶阀222的阀芯222b开启角度大于90°，气动调节蝶阀223的阀芯223b开启角度小于90°，气动调节蝶阀224的阀芯224b开启角度大于90°。

当风量风压调节机构平衡状态状态时：

四个气动调节蝶阀221、222、223、224的阀芯221b、222b、223b、224b调节至一定阀位，使检测箱体4内的压力与大气相同。

PLC控制器根据实际工况，通过软件程序，在进行压力调节控制时，可调节各个阀门的阀位，通过蝶阀中阀位的调节，可实现正负风压的切换。并且，大大提高了风压控制的灵活性和准确性，从而确保风压曲线的控制周期满足国家标准抗风压测试所需要的5秒为周期的风压变化。

在风量风压调节机构中为了降低制造成本，并提高控制的灵活性，采用对四个阀门独立进行驱动和控制，各个阀门的阀位都可以控制调节；同时，因为每个阀门的阀位可以独立调节设定，也就可以通过试验实现四个阀对应于前述平衡位置的阀位，采用设置文丘里管，提高气密性能检测的精度。由于设有四套相同但是独立的阀门和高精度的阀门定位器来实现风压调节的功能。这样不但易维护，也提供了更加灵活的控制手段，省去了调零阀门，降低了设备要求。由于设有并行管路设计，通过设置文丘里管和高等级的金属软密封阀，一方面减小了管路截面积并使得空气流动均匀化，大幅提高空气流量检测的精度，另一方面，尽量降低了管路内部的附加渗漏，保证了试件空气渗漏特性检测的准确性，该设计方式也有效提高了小流量时的测试精度。为了保证压力测量精度，系统设置了两个量程的压力传感器27：±15kPa和±500Pa。两个传感器27分别对应抗风压性能检测和气密性能检测。

请参见图9所示，所述的水路组件3由水泵机组31、过滤机组32、水流量计33、多个调节阀门34、止回阀35、喷淋部件36及水管37组成；所述的水泵机组31由大功率水泵311和小功率水泵312组成；该两水泵311、312的进水口分别通过水管37与水池38和自来水管39连接，在两水泵311、312的进水口与水池38之间的水管37上分别设有调节阀34；该两水泵311、312的出水口分别通过水管37与过滤机组32的进水口和调节阀34的一端阀口连接，该两水泵311、312的出水口与过滤机组32的进水口之间的水管37上分别设有止回阀35和调节阀34；过滤机组32的进水口与出水口之间的水管37上分别设有调节阀34；在过滤机组32的出水口的调节阀34的阀口通过水管37与设置在检测箱体4中的喷淋部件36连接；在喷淋部件36前部的水管上设置水流量计33，喷淋部件36下部水流通道与水池38连通。

请参见图10所示，所述的喷淋部件36由方管构成的框架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上均匀布设多个喷淋孔364构成，在水管362上连接进水管365。喷淋部件36能以不小于4L/m2·min的淋水量均匀地喷淋到试件的外表面上，喷淋孔布置均匀，各喷淋孔与试件的距离宜相等；装置的喷水量能调节，并有措施保证喷水量的均匀性。

建筑幕墙物理三性检测系统的工作原理是，当使用时，操作人员对工控机进行实验操作，工控机对PLC控制器发出各种操作指令，PLC控制器则通过运算处理，接发控制指令等对水泵变频器、风机变频器、风量风压调节机构、总接线箱进行具体控制。总接线箱是对位移传感器读数，将模拟转换成数字信号传输给工控机，或将工控机输入的数字信号转换成模拟信号，输出至各指示灯和仪表，水泵变频器则对水泵进行控制，从而实现检测箱体内的水喷淋，水流量计对喷淋的水流量进行计量。风机变频器则对风机频率进行控制，通过对箱体内鼓风从而得到测试箱体内的风压。风量风压调节机构则对四个蝶阀阀位进行组合控制，而实现对测试箱体内的风压调节功能。

当进行抗风压性试验时压力传感器则记录下箱体内的风压值。所有位移、气压、空气渗透量、水流量等终端信号反馈到PLC控制柜，经过换算处理，最终显示在工控机上，试验人员记录数据，进行一系列的检测操作，完成检测。

本发明建筑幕墙物理三性检测系统对被检测建筑幕墙进行了具体测试，其内容如下：

气密性能测试：

测量建筑幕墙在一定压力下的气体泄漏量。测试原理为：利用风机加一个恒定压力，然后利用流量传感器测试该压力下密闭测试箱体的气体泄漏量，逐级加压，从而确定建筑幕墙的空气泄漏特性。

测试系统的供风设备能施加正负双向的压力差，并能达到检测所需要的最大压力差；压力控制装置能调节出稳定的气流。试件两侧至少应各有一个压力探测点，以测量试件两侧的压力差；压力传感器的精度达到示值的2％；空气流量测量装置的测量误差不应大于示值的5％。

水密性能测试：

测量建筑幕墙在一定压力下的雨水渗漏量。测试原理为：利用风机加一个恒定压力(±1000-3000Pa左右)，然后开始利用检测箱体内的喷淋部件喷水，并在一段时间内模拟自然与水的风压变化，肉眼观测建筑幕墙的水泄漏情况，从而确定建筑幕墙的雨水渗漏特性。

测试系统的供风设备能施加正负双向的压力差，并能达到检测所需要的最大压力差；压力控制装置能调节出稳定的气流，并能提供3～5s周期的稳定波动风压，波动风压的波峰、波谷值满足检测要求。试件两侧至少各有一个压力探测点，以测量试件两侧的压力差；压力传感器的精度达到2％；波动风压由有合适响应速度的传感器测量，传感器的输出由图表记录仪或可显示压力变化的设备记录。喷淋部件能以不小于4L/m2·min的淋水量均匀地喷淋到试件的外表面上，喷淋孔布置均匀，各喷淋孔与试件的距离宜相等；装置的喷水量能调节，并有措施保证喷水量的均匀性。

抗风压性能测试：

测量建筑幕墙对强风的抵抗特性。测试原理为：利用风机加一个周期交变压力(压力范围为+2500-5000Pa)，交变周期大约为5秒，然后利用位移传感器测量建筑幕墙的变形情况，从而确定建筑幕墙的抗风压特性。

测试系统的供风设备能施加正负双向的压力差，并能达到检测所需要的最大压力差；压力控制装置能调节出稳定的气流，并能在规定的时间达到检测风压。试件两侧至少各有一个压力探测点，以测量试件两侧的压力差；压力传感器的精度达到1％；波动风压由有合适响应速度的传感器测量，传感器的输出由图表记录仪或可显示压力变化的设备记录。位移计的精度应达到满量程±0.25％；波动压力周期为5～7s，波动次数不少于10次。升、降压速度为可达到500Pa/s，压力持续时间不少于3s。

本发明经测试达到了很高的技术性能指标，以上三类测试全面满足最新国家标准的相关要求，并能够做到自动切换测试模式、自动数据采集、自动数据保存。

Claims (9)

1.一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：包括电气控制电路、风量风压调节机构、水路组件及检测箱体；

所述的电气控制电路由工控机、PLC控制器、总接线箱、水泵变频控制器、风机变频控制器、操作面板、多个压力保护开关、急停按钮组成；

所述的工控机通过工业以太网总线分别与PLC控制器、总接线箱连接，双向传输数据和命令，总接线箱收集现场检测信息传输给工控机；

所述的PLC控制器通过现场总线分别与水泵变频控制器、风机变频控制器、操作面板、风量风压调节机构、水路组件、多个压力保护开关、急停按钮连接；PLC控制器通过现场总线对水泵变频控制器、风机变频控制器及风量风压调节机构进行动作和控制，并采集设备状态；

所述的检测箱体可任意分隔成多个封闭式检测单元，在该检测箱体内设有六个位移传感器的分接线箱，每个分接线箱中设有40个位移传感器的输入和输出接线端子；若干个位移传感器分别设置在被测建筑幕墙上，各位移传感器的信号输出端分别通过导线与相对应的分接线箱的输入端子连接，分接线箱的输出接线端子通过导线与总接线箱连接；设置在检测箱体内的气管和水管分别与风量风压调节机构和水路组件连接。

2.根据权利要求1所述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：所述的总接线箱由多个数字量输入接口电路、多个数字量输出接口电路、多个模拟量输入接口电路、多个模拟量输出接口电路及嵌入式数据采集装置组成；嵌入式数据采集装置的多个输入端分别与各数字量输入接口电路的输出端、各模拟量输入接口电路的输出端连接，嵌入式数据采集装置的多个输出端分别与各数字量输出接口电路的输入端、各模拟量输出接口电路的输入端连接；嵌入式数据采集装置的以太网接口通过以太网总线与工控机的以太网接口连接。

3.根据权利要求1和要求2所述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：所述的模拟量输入接口电路由运算放大器U2A、U2B、基准电源U12、电阻R32、R44、R45、R19、R20、滤波电容C7、C19、C20、C21组成；运算放大器U2A的P3与地之间并接电容C7和电阻R32，运算放大器U2A的P2与P1相连接，运算放大器U2A与U2B之间串接电阻R45，基准电源U12的P6与运算放大器U2B的P6之间串接电阻R44，运算放大器U2B的P6与P7之间、P5与地之间分别串接电阻R20和R19；基准电源U12的P2与地之间并接电容C19、C21，基准电源U12的P6与地之间串接电容C20。

4.根据权利要求1所述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：所述的风量风压调节机构由风机、四组独立气动调节蝶阀组成的风路切换部件、静压箱、并行管组件、气管组成；所述的风机的进风口通过气管与第一气动调节蝶阀和第二气动调节蝶阀的阀口连接，其出风口通过气管与和第三气动调节蝶阀和第四气动调节蝶阀的阀口连接；所述的静压箱一端通气口与第二气动调节蝶阀的阀口和第三气动调节蝶阀的阀口连接；其另一端通气口与并行管组件的一端连接，所述的并行管组件的另一端设置在检测箱体中；所述的风量风压调节机构中的风机与风机变频控制器连接，PLC控制器通过调节控制风机变频控制器的频率，而调节控制风机的转速、风机输出的风压。

5.根据权利要求4所述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：所述的气动调节蝶阀由蝶阀、气缸及阀门定位器组成；蝶阀由阀体与设置在阀体内的阀芯构成；阀体内的阀芯与气缸、阀门定位器同轴连接；外部空气压缩机通过气管与各气动调节蝶阀的进气口连接；四个阀门定位器的控制端通过现场总线与PLC控制器连接，PLC控制器通过控制阀门定位器，调节蝶阀阀芯的阀位。

6.根据权利要求4所述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：所述的并行管组件由主气管和文丘里管并行设置，该两管的两端分别相连接；文丘里管的中间段管径小于两侧的管径，在这细小的管径部位设有一流量传感器；在相邻检测箱体部位的主气管上设有两压力传感器，在主气管上间隔设有设有金属软密封阀和放气阀。

7.根据权利要求4所述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：所述的第一气动调节蝶阀的进气口的气管内设有过滤器和消音器；所述的第四气动调节蝶阀的出气口的气管内设有消音器。

8.根据权利要求1所述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：所述的水路组件由水泵机组、过滤机组、水流量计、多个调节阀门、止回阀、喷淋部件及水管组成；所述的水泵机组由大功率水泵和小功率水泵组成；该两水泵的进水口分别通过水管与水池和自来水管连接，在两水泵的进水口与水池之间的水管上分别设有调节阀；该两水泵的出水口分别通过水管与过滤机组的进水口和调节阀的一端阀口连接，该两水泵的出水口与过滤机组的进水口之间的水管上分别设有止回阀和调节阀；过滤机组的进水口与出水口之间的水管上分别设有调节阀；在滤机组的出水口的调节阀的阀口通过水管与设置在检测箱体中的喷淋部件连接；在喷淋部件前部的水管上设置水流量计，喷淋部件下部的水流通道与水池连通；大功率水泵和小功率水泵的控制端分别与水泵变频控制器连接，PLC控制器通过调节控制水泵变频控制器的频率，而调节控制水泵输出的水压和水流量。

9.根据权利要求8所述的一种建筑幕墙物理三性检测系统，其特征在于：所述的喷淋部件由方管构成的框架、并行排列在框架上的水管、固定水管的管卡在水管上均匀布设多个喷淋孔构成，在水管上连接进水管。

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