专利名称：洒水分布性能测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及消防器材测试设备，特别涉及一种用于自动喷水灭火系统洒水喷 头、扩大覆盖面积洒水喷头、水雾喷头及ESFR喷头的洒水分布性能试验的洒水分布性能测 试设备。
背景技术：
洒水分布性能测试设备是用于自动喷水灭火系统洒水喷头、水雾喷头、早期抑制 快速响应(ESFR)喷头的洒水分布性能试验设备。洒水喷头、水雾喷头或ESFR喷头是否能按 照设计的洒水形状洒水，并在其所保护面积(洒水范围)内满足标准要求的最低洒水密度， 关系到喷头是否能有效的实施灭火、控火或冷却，是评价喷头性能优劣的重要指标之一。所 以不仅消防产品检验机构拥有测量洒水分布性能的试验设备，很多生产厂家也对自己生产 的喷头进行洒水分布测试，以便掌握产品的性能。目前，国外与自动喷水灭火系统产品检验或试验有关的试验室主要有美国工厂互 助会(Factory Mutual，以下简称FM)、美国保险商试验室(UL)以及英国防灾协会(LPC)等寸。FM是提供保险产品和服务的第三方试验、评估认证和批准机构，批准和认证的内 容包括自动喷淋系统、建筑材料、固定灭火系统、可燃气体设备、消火栓和水带。FM在水喷淋 灭火系统方面进行的研究、检测、标准制订，是目前世界上最先进的、最有权威的。美国保险商试验室(UL)是一个检测和验证产品安全性的、独立的、非盈利性组 织，成立于1894年，已进行了 100多年的产品公共安全性能检测。上述这些试验室都设有测量喷头洒水分布性能的试验设备，其结构形式基本相 同，通常为供水时手动开启阀门放水，集水部分将喷洒到集水盒中的水导入测量桶中，通 过测量液位的方法测量收集到的水量，最后手动打开放水阀，将测量桶中的水倒掉。进行布 水试验时，手动调整管网的流量至试验值后，关闭供水阀门，逐个将集水桶中的水倒掉后， 再开启供水阀门试验，然后通过集水桶外的玻璃管液位计测量收集到的水量。整个过程基 本上是人工操作完成。测量部分采用液位计显示的方法有其直观、易于操作的优点，但由于 测量桶直径偏大，读取液位数值造成的偏差等因素对测量的精度会造成很大的影响，因此 这类设备的自动化程度很低，测量精度不高。国外生产水系统产品的有代表性的企业如可靠公司，其布水性能测试方法与FM 采用的基本相似。国内情况国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心目前采用的布水试 验设备建于1988年，是我国现有的能对不同喷头进行布水试验的唯一设备，其结构为采 用液压系统控制集水盒的升降和接水桶的翻转，从而调整集水盒距吊顶的间距(范围为 2. 14m 2. 70m)，完成接水桶接水和倒水，并通过接水桶内的触点开关测定喷头最低洒水 密度，对常见的下垂安装或直立安装的公称口径为15mm的洒水喷头按GB5135进行检验非 常方便适用，但对于其他口径的洒水喷头及其他类型的喷头(如水雾喷头)不适用，对ESFR
3喷头则无法进行试验。国内生产洒水喷头、水雾喷头等产品的企业百余家，多数厂家认为布水试验设备 复杂，造价高，没有配备专用的布水试验设备，个别骨干大厂建有专门的布水试验室，但试 验设施普遍比较简单，一般采用人工摆放集水盒的方法，待试验结束后，逐个盒称重，然后 计算。试验设施简陋，测试精度低，劳动强度大。目前采用的布水试验设备建于八十年代末，通常采用液压系统控制集水盒的升降 和接水桶的翻转完成接水桶接水和倒水，集水盒距吊顶的间距调整范围为2. Hm 2. 70m, 接水桶总容积10. 5L，通过接水桶内的触点开关测定喷头最低洒水密度(输出开关量信 号)，对常见的下垂安装或直立安装的公称口径为15的洒水喷头按GB5135进行检验非常简 便。其优点是操作简便；自动化程度较高；测量速度快，效率高；其缺点也很明显液位触点开关因长期在水中浸泡，会影响其导通性能，其输出信 号准确度减低；集水盒距吊顶的调整范围小；接水桶总容积小；测量输出的是开关量信号，不能准确描述洒水分布情况；适用范围小，不能满足对 大口径的洒水喷头、边墙型洒水喷头、水雾喷头、ESFR喷头的试验要求；(目前部分试验只 能采用较简陋方法进行)；Z80微机运行对环境要求高，现有机房环境难以保证机器正常工 作。
发明内容本实用新型的目的就是为克服现有技术的不足，针对洒水分布性能测试设备自动 化程度不高的现状，提供一种有较高自动化程度的洒水分布性能测试设备的技术方案，使 测试设备达到测量精度高、工作稳定性好、试验可重复性好；设备可全部拆卸，可移动，吊顶 距集水盒调整范围大；设备适用范围广；设备工程造价低、自动化程度高的水平。本实用新型是通过这样的技术方案实现的洒水分布性能测试设备，包括测量控 制系统、供水系统、集水系统和称重系统，其特征在于，所述测量控制系统由上位计算机、 PLC控制柜和打印机组成，PLC控制柜内包括PLC模块单元和由接触器、热继电器、中间继电 器连接构成的电气线路，PLC控制柜上装有转换开关，用于切换手动和自动运行状态；PLC模块单元包括CPU模块、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块和模拟 量输入模块，PLC控制柜分别与供水系统、集水系统、称重系统的测量装置和电动设备连 接；PLC控制柜转换开关切换到自动运行状态时PLC控制柜通过运行PLC模块单元预 装的PLC程序控制现场设备，实现洒水分布数据的测量、采集、监控和处理，运行在上位计 算机上的组态软件通过CP 5611卡与PLC模块单元通信；操作上位计算机组态软件控制窗 口实现对供水系统管路中的电动阀门、集水系统和称重系统中的电动球阀的自动控制，并 由组态软件自动生成数据报表；所述供水系统主要由水泵机组、活动吊顶、主干管路、分支管路、排水管路、 流量计、压力传感器、电动阀门、手动阀组成；活动吊顶距地2. 8m-7m可调，通过控制 活动吊顶升降来调整活动吊顶与集水系统的集水盒之间的距离；试验集水面积为 4. OmX4. Om+2. 5mX3. Om ；活动吊顶上配置由主干管路和分支管路组成的给水管路，分支管路末端设置喷头接口，喷头接口用于连接洒水喷头、水雾喷头、ESFR喷头、EC喷头和低压 快速喷头；流量计、压力传感器安装在主干管路上，电动阀门、手动阀安装在分支管路上； 喷头接口按实验要求分布在活动吊顶上；流量计、压力传感器通过电缆连接到测量控制系 统；所述集水系统包括组合框架和集水盒，将若干集水盒安装在组合框架上组成集水 盒阵列；其中纵向排列的若干集水盒形成一组集水盒组，若干集水盒组并排安放组成集水 盒阵列，集水盒上口为矩形开口，盒底中心为有排水孔，每个集水盒盒底的排水孔垂直连接 一根排水直管，排水直管上安装三位两通电动球阀，电动球阀的控制端子通过导线连接到 测量控制系统的PLC控制柜，PLC控制柜控制电动球阀开或关；排水直管下口装有三通，排 水直管通过三通与导流管相连，同一集水盒组的集水盒的排水直管并联连接在同一导流管 上，导流管由末端至前端有一倾斜角度，倾斜角度为5 10度，导流管延伸至前端，前端口 为出水口，对应每一条导流管的出水口下面分别置放一个称量桶；所述称重系统由称量桶、支架、称重传感器、称重变送器和电动球阀构成，每个称 量桶外壁设有吊耳，吊耳均勻分布在称量桶外壁间隔120°的圆周上，用于固定安装三只称 重传感器；称重传感器为S型，以吊勾式安装在支架上；称量桶的下端为圆弧底，圆弧底中 心孔的排水管上装有电动球阀。本实用新型的采用的洒水分布性能测试设备的技术方案，采用PLC柜和上位计算 机来实现洒水分布数据的测量，对进、排水管路电动阀门和电动球阀实现自动控制，其优点 是，测量精度高，设备自动化程度高，减少了换算过程，重量可直接计算出洒水密度，直接得 出重量数据，可自动记录、自动生成和打印报表；洒水分布性能测试设备具有结构简单，全 部可拆卸、可移动，工程造价低的特点，适用范围广。
图1、测量控制系统电路结构图；图2、集水盒布局图；图3、供水管路示意图；图4、集水盒组侧视图图5、集水盒组正视图；图6、称重桶主视图；图7、称重桶俯视图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本实用新型，结合附图和实施例详细描述本实用新型如图1至图7所示的洒水分布性能测试设备，包括测量控制系统、供水系统、集水 系统和称重系统，测量控制系统由上位计算机、PLC控制柜和打印机组成，PLC控制柜内包 括PLC模块单元和由接触器、热继电器、中间继电器连接构成的电气线路，PLC控制柜上装 有转换开关，用于切换手动和自动运行状态；PLC模块单元包括CPU模块、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块和模拟 量输入模块，PLC控制柜分别与供水系统、集水系统、称重系统的测量装置和电动设备连接，PLC控制柜转换开关切换到自动运行状态时PLC控制柜通过运行PLC模块单元预装的PLC 程序控制现场设备，实现洒水分布数据的测量、采集、监控和处理，运行在上位计算机上的 组态软件通过CP 5611卡与PLC模块单元通信；操作上位计算机组态软件控制窗口实现对 供水系统管路中的电动阀门、集水系统和称重系统中的电动球阀的自动化控制，并由组态 软件自动生成数据报表；PLC模块单元采用可编程控制器S7-300，S7-300包括CPU模块CPU 314、模拟量输 入模块SM331、数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322 ；通过CPU模块CPU 314上 的通讯接口，用通讯电缆连接上位计算机内的CP 5611卡；使可编程控制器S7-300和上位 计算机通信。称重系统的称重传感器采集的重量信号传送至称重变送器，经称重变送器转换为 4-20mA模拟信号，再传送到模拟量输入模块SM331输入端口，由CPU模块CPU 314内的预制 程序对数据进行处理。上位计算机安装Windows 2000操作系统和MCGS组态软件，编辑MCGS组态软件， 使布水工艺画面和试验操作画面分别以数字、棒状图方式显示出来并由MCGS组态软件自 动生成报表；试验中计算机对阀门的控制可以分别采用自动程序控制和键盘开关控制。计算机 将设定的程序传输至S7-300的数字量输入模块，由可编程控制器输出开关量信号，控制阀 门开关。称重终端和计算机，计算机能记录并显示测量水量结果，也可以直接从称重终端 人工记录水量数据。如果计算机出现故障，可以采用手动操作方式，手动操作开关控制阀门动作；采用 人工记录方式，从称重终端(称重显示仪表)取得集水盒水量数据。称重传感器选择METTLER TOLEDO TSC 50kg传感器；本设备PLC所选用SIMATIC S7-300模块性能参数CPU 模块CPU 314 ；模拟量输入模块SM331 ；数字量输入模块SM321 ；数字量输出模块SM322 ；存储卡模块:MMC64K ；电源模块PS307；通讯模块CP5611;供水系统主要由水泵机组、活动吊顶、主干管路、分支管路、排水管路、流量 计、压力传感器、电动阀门、手动阀组成；采用液压装置控制活动吊顶升降，调整活动吊 顶与集水系统的集水盒之间的距离；活动吊顶距地2. 8m-7m可调，试验集水面积为 4. OmX4. Om+2. 5mX 3. Om ；活动吊顶上配置主干管路和分支管路组成的给水管路，分支管路 末端设置喷头接口，喷头接口用于连接洒水喷头、水雾喷头、ESFR喷头、EC喷头和低压快速 喷头；喷头接口按实验要求分布在活动吊顶上；试验管路根据标准要求制作。分别配套3. 5m,3. 0m,2. 5m、1. 5m长度的支管，支管 直径25mm ；供水主干管长4. Om,过流直径65mm ；在主干管上装有间阀、涡轮流量计、电控雨淋阀、压力传感器，在主干管末端安装排水用电磁阀。涡轮流量计、电控雨淋阀、压力传感器的电流或电压信号传送给测量控制系统；如图3所示为专门为ESFR喷头配置双路给水管路，除以上单路管网外，在主干管 路上预留DN65消火栓接口，需要时可以接水带，组成双向供水管路。如图2、图4、图5所示，所述集水系统包括组合框架1和集水盒2，将若干集水盒 2安装在组合框架1上组成集水盒阵列；其中纵向排列的若干集水盒2形成一组集水盒组， 若干集水盒组并排安放组成集水盒阵列，集水盒2上口为矩形开口，盒底中心为有排水孔， 每个集水盒2盒底的排水孔垂直连接一根排水直管3，排水直管3上安装三位两通电动球 阀4，电动球阀4的控制端子通过导线连接到测量控制系统的PLC控制柜，PLC控制柜控制 电动球阀4开或关；排水直管3下口装有三通5，排水直管3通过三通5与导流管6相连， 同一集水盒组的集水盒2的排水直管3并联连接在同一导流管6上，导流管6由末端至前 端有一倾斜角度，倾斜角度为5 10度，导流管6延伸至前端，前端口为出水口 61，对应每 一条导流管6的出水口 61下面分别置放一个称量桶7 ；集水盒组合框架1由角钢焊接，静电喷涂而成，底部均装有脚轮11，水盒2由塑料 制成；集水盒2外形尺寸为500mmX 500mmX 400mm直桶。调整集水盒2置放位置与试验喷头位置相对应；电动球阀4按设定程序逐排开启， 也可以手动操作按钮，以任意顺序开启电动球阀4，将集水盒2内的水导入称量桶7中。称重系统由称量桶7、支架、称重传感器、称重变送器和电动球阀构成，每个称量桶 7外壁设有吊耳，吊耳均勻分布在称量桶外壁间隔120°的圆周上，用于固定安装三只称重 传感器；称重传感器为S型，以吊勾式安装在支架上；称量桶7的下端为圆弧底，圆弧底中 心孔的排水管上装有电动球阀71。称量桶7桶的下端是圆弧底，圆弧底排水口处装有用电 动球阀；称量桶7容积60L。每组标准称重桶称量桶框架尺寸为500mmX700mmX900mm，称 重桶7由不锈钢管焊接而成，其顶部装有塑料材质的挡水板，其主要作用是保护称重部件 和试验中防止水溅入称重桶；其底部均装有角轮，可移动。称重传感器通过称重变送器输出4mA-20mA电流信号传给测量控制系统；称重系统的称重传感器采集的重量信号传送至称重变送器，经称重变送器转换为 4-20mA模拟信号，再传送到模拟量输入模块SM331输入端口，由CPU模块CPU 314内的预制 程序对数据进行处理。同国内外同类设备相比较，本设备具有适应标准广泛(如IS06182、FM2008、 GB5135-1993, GB5135. 1、GB5135. 3、GB5135. 9、GA33-1992 等)、可自动记录、自动打印验参 数，洒水分布性能测试设备全部可拆卸、可移动，工作稳定，整体试验精度高等特点。根据上述说明，结合本领域技术可实现本实用新型的方案。
权利要求1.洒水分布性能测试装置，包括测量控制系统、供水系统、集水系统和称重系统，其特 征在于，所述测量控制系统由上位计算机、PLC控制柜和打印机组成，PLC控制柜内包括PLC 模块单元和由接触器、热继电器、中间继电器连接构成的电气线路，PLC控制柜上装有转换 开关，用于切换手动和自动运行状态；PLC模块单元包括CPU模块、电源模块、数字量输入模 块、数字量输出模块和模拟量输入模块，PLC控制柜分别与供水系统、集水系统、称重系统 的测量装置和电动设备连接；所述供水系统主要由水泵机组、活动吊顶、主干管路、分支管 路、排水管路、流量计、压力传感器、电动阀门、手动阀组成；活动吊顶距地2. 8m-7m可调，通 过控制活动吊顶升降来调整活动吊顶与集水系统的集水盒之间的距离；试验集水面积为 4. OmX4. Om+2. 5mX 3. Om ；活动吊顶上配置由主干管路和分支管路组成的给水管路，分支管 路末端设置喷头接口，喷头接口用于连接洒水喷头、水雾喷头、ESFR喷头、EC喷头和低压快 速喷头；流量计、压力传感器安装在主干管路上，电动阀门、手动阀安装在分支管路上；流 量计、压力传感器通过电缆连接到测量控制系统；所述集水系统包括组合框架(1)和集水 盒(2)，将若干集水盒(2)安装在组合框架(1)上组成集水盒阵列；其中纵向排列的若干集 水盒(2)形成一组集水盒组，若干集水盒组并排安放组成集水盒阵列，集水盒(2)上口为矩 形开口，盒底中心为有排水孔，每个集水盒(2)盒底的排水孔垂直连接一根排水直管(3)， 排水直管(3)上安装三位两通电动球阀(4)，电动球阀(4)的控制端子通过导线连接到测 量控制系统的PLC控制柜，PLC控制柜控制电动球阀(4)开或关；排水直管(3)下口装有三 通(5)，排水直管(3)通过三通(5)与导流管(6)相连，同一集水盒组的集水盒(2)的排水 直管(3)并联连接在同一导流管(6)上，导流管(6)由末端至前端有一倾斜角度，倾斜角度 为5 10度，导流管(6)延伸至前端，前端口为出水口(61)，对应每一条导流管(6)的出 水口(61)下面分别置放一个称量桶(7)；所述称重系统由称量桶(7)、支架、称重传感器、称 重变送器和电动球阀构成，每个称量桶(7)外壁设有吊耳，吊耳均勻分布在称量桶外壁间 隔120°的圆周上，用于固定安装三只称重传感器；称重传感器为S型，以吊勾式安装在支 架上；称量桶(7)的下端为圆弧底，圆弧底中心孔的排水管上装有电动球阀(71)。
2.如权利要求1所述的洒水分布性能测试装置，其特征在于，所述PLC模块单元采用可 编程控制器S7-300，S7-300包括CPU模块CPU 314、模拟量输入模块SM331、数字量输入模 块SM321和数字量输出模块SM322 ；通过CPU模块CPU 314上的通讯接口，用通讯电缆连接 上位计算机内的CP 5611卡；使可编程控制器S7-300和上位计算机通信。
3.如权利要求1所述的洒水分布性能测试装置，其特征在于，组合框架(1)由角钢焊 接，静电喷涂而成，底部均装有脚轮。
4.如权利要求1所述的洒水分布性能测试装置，其特征在于，集水盒(2)由塑料制成。
5.如权利要求1所述的洒水分布性能测试装置，其特征在于，称量桶(7)由不锈钢管焊 接而成，其顶部装有塑料材质的挡水板其底部均装有角轮。
专利摘要本实用新型涉及洒水分布性能测试装置，包括测量控制系统、供水系统、集水系统和称重系统，测量控制系统由上位计算机、PLC控制柜和打印机组成，PLC控制柜内包括PLC模块单元和由接触器、热继电器、中间继电器连接构成的电气线路，PLC控制柜上装有转换开关，用于切换手动和自动运行状态，其优点是，测量精度高，自动化程度高，减少了换算过程，重量可直接计算出洒水密度，直接得出重量数据，可自动记录、自动生成和打印报表；具有结构简单，可拆卸、可移动，工程造价低的特点，适用范围广。
文档编号G01M13/00GK201885867SQ20102058521
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者刘连喜, 卢政强, 张少禹, 张强, 李毅, 沈贺坤, 赵永顺 申请人:公安部天津消防研究所