垂直構(gòu)件耐火試驗(yàn)爐的改造與系統(tǒng)研發(fā)

李曉增+何國(guó)山+潘永紅+劉東發(fā)+肖智仁

摘要：對(duì)垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)爐進(jìn)行了硬件改造和控制系統(tǒng)研發(fā)，使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高試驗(yàn)精確度。

關(guān)鍵詞：垂直構(gòu)件；耐火試驗(yàn)爐；改造；控制系統(tǒng)研發(fā)

垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)主要用于評(píng)估產(chǎn)品如墻面、門(mén)、窗、防火分隔、連接件和滲透密封劑等的耐火性能。由于在火災(zāi)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其配件起著阻止火勢(shì)擴(kuò)大和蔓延的作用，因此它們的耐火性能直接決定建筑物在火災(zāi)中的失穩(wěn)或倒塌的極限。

目前我們進(jìn)行垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)使用的是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)較早的一套設(shè)備，主要存在以下問(wèn)題：

（1）燃料流量、助燃風(fēng)機(jī)頻率（燃料-空氣混合比）、排煙風(fēng)機(jī)頻率（爐內(nèi)壓力）等參數(shù)通過(guò)手動(dòng)控制，嚴(yán)重依賴(lài)于操作人員的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)試件的熟悉程度，試驗(yàn)結(jié)果的不確定度較大。

（2）試驗(yàn)過(guò)程中由于各參數(shù)調(diào)節(jié)的相互配合及控制滯后等的問(wèn)題，易使?fàn)t內(nèi)燃料不完全燃燒，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)壓力過(guò)大，溫度控制偏差大，同時(shí)產(chǎn)生安全隱患。為解決上述問(wèn)題，我們開(kāi)展了對(duì)原設(shè)備的硬件改造，并自主研發(fā)一套測(cè)試系統(tǒng)，以更有效、準(zhǔn)確的方式開(kāi)展各類(lèi)垂直構(gòu)件耐火測(cè)試。

1硬件改造

參考設(shè)備原制造商提供的相關(guān)資料，同時(shí)憑借參與人員多年的試驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)， 針對(duì)相關(guān)問(wèn)題，我們提出了系統(tǒng)的改造需求及處理方案，見(jiàn)表1所示：

表1硬件改造方案匯總表

序號(hào) 改造需求 處理方案

1 燃?xì)饬髁慨?dāng)前值能在系統(tǒng)軟件中實(shí)時(shí)讀取，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)能通過(guò)軟件直接控制燃?xì)饬髁俊?更換PLC模塊、增加流量傳感器，通過(guò)比例閥調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁浚黾恿髁慨?dāng)前值讀取模塊。

2 變頻器接入控制柜，能夠使用系統(tǒng)軟件控制各變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)排煙風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)，凈化系統(tǒng)風(fēng)機(jī)氣流量的控制。 增加控制電箱及變頻控制模塊，上位機(jī)處增加RS232串口。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)直接控制點(diǎn)火，熄火及點(diǎn)火失敗保護(hù)功能。 增加點(diǎn)火控制模塊及通信處理模塊，每個(gè)燃燒噴嘴增加一個(gè)對(duì)應(yīng)電磁閥，更換點(diǎn)火器，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火異常時(shí)自動(dòng)關(guān)斷燃?xì)狻?/p>

4 試驗(yàn)過(guò)程中助燃風(fēng)機(jī)及燃?xì)饬髁繉?shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整。 增加PID控制模塊，根據(jù)溫度當(dāng)前設(shè)定值（標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線）自動(dòng)調(diào)整燃?xì)饬髁炕蛘咧硷L(fēng)機(jī)頻率。

5 爐內(nèi)溫度、背火面溫度改為單通道采集，減少干擾，提高穩(wěn)定性。 更換溫度模塊，采用差分輸入模塊，提高系統(tǒng)抗干擾性、穩(wěn)定性以及顯示精度。

參照處理方案，通過(guò)硬件調(diào)研，同時(shí)充分考慮產(chǎn)品的價(jià)格及功能，我們提出了下述的硬件需求，具體見(jiàn)表2所示：

表2硬件需求匯總表

序號(hào) 硬件名稱(chēng) 型號(hào)/規(guī)格 數(shù)量

1 氣體流量控制模塊 PLC模塊及流量傳感器 1套

2 電箱 通用 1個(gè)

3 變頻器控制模塊 ADAM4024 1套

4 擴(kuò)展串口 RS232 1個(gè)

5 點(diǎn)火控制模塊 ADAM4055 1套

6 通信模塊 ADAM4520 1套

7 控制模塊 ADAM4022T 1套

8 點(diǎn)火控制器 IFT244 6個(gè)

9 電磁閥 2W-20 6個(gè)

10 溫度模塊 ADAM4018+ 5套

11 溫度模塊 ADAM4017+ 1套

12 屏蔽雙絞線 通用 若干

13 集成數(shù)據(jù)控制器 通用 1個(gè)

14 基礎(chǔ)通信控件 通用 1套

15 I/O數(shù)模模塊 M8260 1套

通過(guò)適配相應(yīng)硬件，我們提出了系統(tǒng)相關(guān)電路控制方案。

1.1點(diǎn)火控制

六個(gè)點(diǎn)火控制器分別負(fù)責(zé)六個(gè)燃?xì)鈬姌尩狞c(diǎn)火工作，各點(diǎn)火器與燃?xì)庠粗g設(shè)有燃?xì)怆姶砰y及空燃比例閥。點(diǎn)火器接到點(diǎn)火命令后，開(kāi)始通過(guò)噴槍中的電極進(jìn)行點(diǎn)火，燃?xì)怆姶砰y及空燃比例閥開(kāi)始工作，使得燃?xì)馀c助燃空氣以適當(dāng)比例混合。如點(diǎn)火成功，點(diǎn)火控制器的火焰探測(cè)裝置檢測(cè)到火焰，顯示“點(diǎn)火成功”的指示燈變綠，同時(shí)停止點(diǎn)火，反饋點(diǎn)火成功信號(hào)，同時(shí)保持燃?xì)怆姶砰y開(kāi)啟；如在設(shè)定時(shí)間內(nèi)點(diǎn)火失敗或試驗(yàn)過(guò)程火焰中斷，點(diǎn)火控制器“點(diǎn)火失敗”指示燈變紅，反饋點(diǎn)火失敗信號(hào)，同時(shí)關(guān)閉燃?xì)怆姶砰y，防止燃?xì)獠粩噙M(jìn)入爐體內(nèi)部影響試驗(yàn)過(guò)程。

1.2爐內(nèi)溫度控制

爐內(nèi)溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，將信號(hào)傳送至系統(tǒng)主控制柜的西門(mén)子S7-200可編程控制器（PLC）的模擬量采集模塊，經(jīng)PLC的內(nèi)部CPU運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出并實(shí)時(shí)顯示于上位機(jī)的測(cè)控軟件中。PLC將采集到的爐溫值與設(shè)定值（按標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線計(jì)算得到）進(jìn)行比較，然后通過(guò)PID運(yùn)算控制輸出信號(hào)：當(dāng)爐內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)提高助燃風(fēng)機(jī)的頻率，使得助燃空氣流量及壓力升高，空燃比例閥開(kāi)度增大，燃?xì)夤?yīng)量增多，這時(shí)燃燒產(chǎn)生的熱值增大，溫度上升；當(dāng)爐溫高于設(shè)定值時(shí)，降低助燃風(fēng)機(jī)頻率，使得助燃空氣流量及壓力降低，空燃比例閥開(kāi)度減少，燃?xì)夤?yīng)量下降，這時(shí)燃燒產(chǎn)生的熱值減小，溫度下降。

1.3爐內(nèi)壓力控制

與爐溫控制一致，爐內(nèi)壓力傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，將信號(hào)傳送至系統(tǒng)主控制柜PLC的模擬量采集模塊，經(jīng)PLC的內(nèi)部CPU運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出并實(shí)時(shí)顯示于上位機(jī)的測(cè)控軟件中。S7-200 PLC將采集到的爐壓值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后通過(guò)PID運(yùn)算控制輸出信號(hào)：當(dāng)爐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)變頻器減小排煙風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)助燃風(fēng)機(jī)變頻器增大助燃風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這時(shí)爐內(nèi)壓力上升；當(dāng)爐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)變頻器增大排煙風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)助燃風(fēng)機(jī)變頻器減小助燃風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這時(shí)爐內(nèi)壓力則下降。

2測(cè)控軟件研發(fā)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)與PLC的通信設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理三部分。在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制場(chǎng)合，由于PLC性能安全可靠，因而廣泛用于數(shù)據(jù)采集與測(cè)控。要監(jiān)視PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀況，若選用市場(chǎng)上的人機(jī)界面或組態(tài)軟件，雖然功能豐富，可以提高軟件的開(kāi)發(fā)速度，但大多價(jià)格昂貴，不適合于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的控制場(chǎng)合。項(xiàng)目組設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件，采用了VB編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出上位機(jī)與各設(shè)備同的串行通訊控制程序，處理、記錄和顯示下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)并對(duì)下位機(jī)各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和修改，同時(shí)利用Excel軟件將相關(guān)參數(shù)整理成所需的報(bào)表。

軟件主要功能模塊有：通信及數(shù)據(jù)初始化模塊、主監(jiān)控窗口模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、實(shí)時(shí)曲線模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊及試驗(yàn)結(jié)果打印模塊等。各模塊主要功能如下：

（1）通信及數(shù)據(jù)初始化模塊主要是系統(tǒng)軟硬件之間進(jìn)行通信及初始化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的報(bào)警上下限等。

（2）主監(jiān)控窗口模塊實(shí)時(shí)跟蹤顯示所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化，方便操作人員根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化來(lái)進(jìn)行判斷、操作及調(diào)整。

（3）參數(shù)設(shè)置模塊為操作人員輸入相關(guān)樣品信息及針對(duì)試樣設(shè)置溫度采集點(diǎn)。

（4）實(shí)時(shí)曲線模塊顯示實(shí)時(shí)的爐內(nèi)溫度曲線、爐內(nèi)壓力曲線及背火面溫升曲線，直觀體現(xiàn)試驗(yàn)的趨勢(shì)。

（5）報(bào)警模塊在爐體燃燒或數(shù)據(jù)采集等方面出現(xiàn)故障或意外情況（如溫升過(guò)快、壓力過(guò)高、控制及采集信號(hào)斷路、點(diǎn)火異常等）時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并提供對(duì)應(yīng)的處理提示。

（6）數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊儲(chǔ)存了全部的試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)及記錄，方便查詢(xún)歷史記錄及檢查設(shè)備異常情況。

（7）試驗(yàn)結(jié)果打印模塊直接將標(biāo)準(zhǔn)要求所需的試驗(yàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸出至Excel表格，生成可儲(chǔ)存文件，也可以直接發(fā)送至打印機(jī)打印輸出。

3結(jié)語(yǔ)

針對(duì)我們當(dāng)前垂直構(gòu)件耐火性能檢測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題與不足，依據(jù)GB/T 9978.1-2008標(biāo)準(zhǔn)，在原有檢測(cè)系統(tǒng)爐體及相關(guān)硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)控制、采集等硬件進(jìn)行更新改造，結(jié)合計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)，研發(fā)了一套全新的檢測(cè)系統(tǒng)，提高了檢測(cè)效率及燃?xì)饫寐剩档蜋z驗(yàn)本，減少人為因素對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的影響。最終實(shí)現(xiàn)垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、控制精度高、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、檢驗(yàn)效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、安全性好的目的。

我們利用本項(xiàng)目研發(fā)的垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)系統(tǒng)，為相關(guān)防火門(mén)、防火玻璃、防火卷簾、隔墻等的生產(chǎn)單位、施工使用單位以及政府監(jiān)管單位出具了多批次的正式檢驗(yàn)報(bào)告；系統(tǒng)應(yīng)用情況良好，獲得用戶(hù)的廣泛好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 9978.1-2008,建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分:通用要求[S].

作者簡(jiǎn)介：李曉增，男，碩士，質(zhì)量工程師，廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院建材消防檢驗(yàn)部，主要從事建筑防火材料及消防產(chǎn)品檢測(cè)、審核及科研工作。

摘要：對(duì)垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)爐進(jìn)行了硬件改造和控制系統(tǒng)研發(fā)，使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高試驗(yàn)精確度。

關(guān)鍵詞：垂直構(gòu)件；耐火試驗(yàn)爐；改造；控制系統(tǒng)研發(fā)

垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)主要用于評(píng)估產(chǎn)品如墻面、門(mén)、窗、防火分隔、連接件和滲透密封劑等的耐火性能。由于在火災(zāi)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其配件起著阻止火勢(shì)擴(kuò)大和蔓延的作用，因此它們的耐火性能直接決定建筑物在火災(zāi)中的失穩(wěn)或倒塌的極限。

目前我們進(jìn)行垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)使用的是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)較早的一套設(shè)備，主要存在以下問(wèn)題：

（1）燃料流量、助燃風(fēng)機(jī)頻率（燃料-空氣混合比）、排煙風(fēng)機(jī)頻率（爐內(nèi)壓力）等參數(shù)通過(guò)手動(dòng)控制，嚴(yán)重依賴(lài)于操作人員的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)試件的熟悉程度，試驗(yàn)結(jié)果的不確定度較大。

（2）試驗(yàn)過(guò)程中由于各參數(shù)調(diào)節(jié)的相互配合及控制滯后等的問(wèn)題，易使?fàn)t內(nèi)燃料不完全燃燒，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)壓力過(guò)大，溫度控制偏差大，同時(shí)產(chǎn)生安全隱患。為解決上述問(wèn)題，我們開(kāi)展了對(duì)原設(shè)備的硬件改造，并自主研發(fā)一套測(cè)試系統(tǒng)，以更有效、準(zhǔn)確的方式開(kāi)展各類(lèi)垂直構(gòu)件耐火測(cè)試。

1硬件改造

參考設(shè)備原制造商提供的相關(guān)資料，同時(shí)憑借參與人員多年的試驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)， 針對(duì)相關(guān)問(wèn)題，我們提出了系統(tǒng)的改造需求及處理方案，見(jiàn)表1所示：

表1硬件改造方案匯總表

序號(hào) 改造需求 處理方案

1 燃?xì)饬髁慨?dāng)前值能在系統(tǒng)軟件中實(shí)時(shí)讀取，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)能通過(guò)軟件直接控制燃?xì)饬髁俊?更換PLC模塊、增加流量傳感器，通過(guò)比例閥調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁?，增加流量?dāng)前值讀取模塊。

2 變頻器接入控制柜，能夠使用系統(tǒng)軟件控制各變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)排煙風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)，凈化系統(tǒng)風(fēng)機(jī)氣流量的控制。 增加控制電箱及變頻控制模塊，上位機(jī)處增加RS232串口。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)直接控制點(diǎn)火，熄火及點(diǎn)火失敗保護(hù)功能。 增加點(diǎn)火控制模塊及通信處理模塊，每個(gè)燃燒噴嘴增加一個(gè)對(duì)應(yīng)電磁閥，更換點(diǎn)火器，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火異常時(shí)自動(dòng)關(guān)斷燃?xì)狻?/p>

4 試驗(yàn)過(guò)程中助燃風(fēng)機(jī)及燃?xì)饬髁繉?shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整。 增加PID控制模塊，根據(jù)溫度當(dāng)前設(shè)定值（標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線）自動(dòng)調(diào)整燃?xì)饬髁炕蛘咧硷L(fēng)機(jī)頻率。

5 爐內(nèi)溫度、背火面溫度改為單通道采集，減少干擾，提高穩(wěn)定性。 更換溫度模塊，采用差分輸入模塊，提高系統(tǒng)抗干擾性、穩(wěn)定性以及顯示精度。

參照處理方案，通過(guò)硬件調(diào)研，同時(shí)充分考慮產(chǎn)品的價(jià)格及功能，我們提出了下述的硬件需求，具體見(jiàn)表2所示：

表2硬件需求匯總表

序號(hào) 硬件名稱(chēng) 型號(hào)/規(guī)格 數(shù)量

1 氣體流量控制模塊 PLC模塊及流量傳感器 1套

2 電箱 通用 1個(gè)

3 變頻器控制模塊 ADAM4024 1套

4 擴(kuò)展串口 RS232 1個(gè)

5 點(diǎn)火控制模塊 ADAM4055 1套

6 通信模塊 ADAM4520 1套

7 控制模塊 ADAM4022T 1套

8 點(diǎn)火控制器 IFT244 6個(gè)

9 電磁閥 2W-20 6個(gè)

10 溫度模塊 ADAM4018+ 5套

11 溫度模塊 ADAM4017+ 1套

12 屏蔽雙絞線 通用 若干

13 集成數(shù)據(jù)控制器 通用 1個(gè)

14 基礎(chǔ)通信控件 通用 1套

15 I/O數(shù)模模塊 M8260 1套

通過(guò)適配相應(yīng)硬件，我們提出了系統(tǒng)相關(guān)電路控制方案。

1.1點(diǎn)火控制

六個(gè)點(diǎn)火控制器分別負(fù)責(zé)六個(gè)燃?xì)鈬姌尩狞c(diǎn)火工作，各點(diǎn)火器與燃?xì)庠粗g設(shè)有燃?xì)怆姶砰y及空燃比例閥。點(diǎn)火器接到點(diǎn)火命令后，開(kāi)始通過(guò)噴槍中的電極進(jìn)行點(diǎn)火，燃?xì)怆姶砰y及空燃比例閥開(kāi)始工作，使得燃?xì)馀c助燃空氣以適當(dāng)比例混合。如點(diǎn)火成功，點(diǎn)火控制器的火焰探測(cè)裝置檢測(cè)到火焰，顯示“點(diǎn)火成功”的指示燈變綠，同時(shí)停止點(diǎn)火，反饋點(diǎn)火成功信號(hào)，同時(shí)保持燃?xì)怆姶砰y開(kāi)啟；如在設(shè)定時(shí)間內(nèi)點(diǎn)火失敗或試驗(yàn)過(guò)程火焰中斷，點(diǎn)火控制器“點(diǎn)火失敗”指示燈變紅，反饋點(diǎn)火失敗信號(hào)，同時(shí)關(guān)閉燃?xì)怆姶砰y，防止燃?xì)獠粩噙M(jìn)入爐體內(nèi)部影響試驗(yàn)過(guò)程。

1.2爐內(nèi)溫度控制

爐內(nèi)溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，將信號(hào)傳送至系統(tǒng)主控制柜的西門(mén)子S7-200可編程控制器（PLC）的模擬量采集模塊，經(jīng)PLC的內(nèi)部CPU運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出并實(shí)時(shí)顯示于上位機(jī)的測(cè)控軟件中。PLC將采集到的爐溫值與設(shè)定值（按標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線計(jì)算得到）進(jìn)行比較，然后通過(guò)PID運(yùn)算控制輸出信號(hào)：當(dāng)爐內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)提高助燃風(fēng)機(jī)的頻率，使得助燃空氣流量及壓力升高，空燃比例閥開(kāi)度增大，燃?xì)夤?yīng)量增多，這時(shí)燃燒產(chǎn)生的熱值增大，溫度上升；當(dāng)爐溫高于設(shè)定值時(shí)，降低助燃風(fēng)機(jī)頻率，使得助燃空氣流量及壓力降低，空燃比例閥開(kāi)度減少，燃?xì)夤?yīng)量下降，這時(shí)燃燒產(chǎn)生的熱值減小，溫度下降。

1.3爐內(nèi)壓力控制

與爐溫控制一致，爐內(nèi)壓力傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，將信號(hào)傳送至系統(tǒng)主控制柜PLC的模擬量采集模塊，經(jīng)PLC的內(nèi)部CPU運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出并實(shí)時(shí)顯示于上位機(jī)的測(cè)控軟件中。S7-200 PLC將采集到的爐壓值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后通過(guò)PID運(yùn)算控制輸出信號(hào)：當(dāng)爐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)變頻器減小排煙風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)助燃風(fēng)機(jī)變頻器增大助燃風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這時(shí)爐內(nèi)壓力上升；當(dāng)爐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)變頻器增大排煙風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)助燃風(fēng)機(jī)變頻器減小助燃風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這時(shí)爐內(nèi)壓力則下降。

2測(cè)控軟件研發(fā)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)與PLC的通信設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理三部分。在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制場(chǎng)合，由于PLC性能安全可靠，因而廣泛用于數(shù)據(jù)采集與測(cè)控。要監(jiān)視PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀況，若選用市場(chǎng)上的人機(jī)界面或組態(tài)軟件，雖然功能豐富，可以提高軟件的開(kāi)發(fā)速度，但大多價(jià)格昂貴，不適合于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的控制場(chǎng)合。項(xiàng)目組設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件，采用了VB編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出上位機(jī)與各設(shè)備同的串行通訊控制程序，處理、記錄和顯示下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)并對(duì)下位機(jī)各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和修改，同時(shí)利用Excel軟件將相關(guān)參數(shù)整理成所需的報(bào)表。

軟件主要功能模塊有：通信及數(shù)據(jù)初始化模塊、主監(jiān)控窗口模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、實(shí)時(shí)曲線模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊及試驗(yàn)結(jié)果打印模塊等。各模塊主要功能如下：

（1）通信及數(shù)據(jù)初始化模塊主要是系統(tǒng)軟硬件之間進(jìn)行通信及初始化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的報(bào)警上下限等。

（2）主監(jiān)控窗口模塊實(shí)時(shí)跟蹤顯示所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化，方便操作人員根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化來(lái)進(jìn)行判斷、操作及調(diào)整。

（3）參數(shù)設(shè)置模塊為操作人員輸入相關(guān)樣品信息及針對(duì)試樣設(shè)置溫度采集點(diǎn)。

（4）實(shí)時(shí)曲線模塊顯示實(shí)時(shí)的爐內(nèi)溫度曲線、爐內(nèi)壓力曲線及背火面溫升曲線，直觀體現(xiàn)試驗(yàn)的趨勢(shì)。

（5）報(bào)警模塊在爐體燃燒或數(shù)據(jù)采集等方面出現(xiàn)故障或意外情況（如溫升過(guò)快、壓力過(guò)高、控制及采集信號(hào)斷路、點(diǎn)火異常等）時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并提供對(duì)應(yīng)的處理提示。

（6）數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊儲(chǔ)存了全部的試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)及記錄，方便查詢(xún)歷史記錄及檢查設(shè)備異常情況。

（7）試驗(yàn)結(jié)果打印模塊直接將標(biāo)準(zhǔn)要求所需的試驗(yàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸出至Excel表格，生成可儲(chǔ)存文件，也可以直接發(fā)送至打印機(jī)打印輸出。

3結(jié)語(yǔ)

針對(duì)我們當(dāng)前垂直構(gòu)件耐火性能檢測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題與不足，依據(jù)GB/T 9978.1-2008標(biāo)準(zhǔn)，在原有檢測(cè)系統(tǒng)爐體及相關(guān)硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)控制、采集等硬件進(jìn)行更新改造，結(jié)合計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)，研發(fā)了一套全新的檢測(cè)系統(tǒng)，提高了檢測(cè)效率及燃?xì)饫寐?，降低檢驗(yàn)本，減少人為因素對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的影響。最終實(shí)現(xiàn)垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、控制精度高、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、檢驗(yàn)效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、安全性好的目的。

我們利用本項(xiàng)目研發(fā)的垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)系統(tǒng)，為相關(guān)防火門(mén)、防火玻璃、防火卷簾、隔墻等的生產(chǎn)單位、施工使用單位以及政府監(jiān)管單位出具了多批次的正式檢驗(yàn)報(bào)告；系統(tǒng)應(yīng)用情況良好，獲得用戶(hù)的廣泛好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 9978.1-2008,建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分:通用要求[S].

作者簡(jiǎn)介：李曉增，男，碩士，質(zhì)量工程師，廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院建材消防檢驗(yàn)部，主要從事建筑防火材料及消防產(chǎn)品檢測(cè)、審核及科研工作。

摘要：對(duì)垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)爐進(jìn)行了硬件改造和控制系統(tǒng)研發(fā)，使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高試驗(yàn)精確度。

關(guān)鍵詞：垂直構(gòu)件；耐火試驗(yàn)爐；改造；控制系統(tǒng)研發(fā)

垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)主要用于評(píng)估產(chǎn)品如墻面、門(mén)、窗、防火分隔、連接件和滲透密封劑等的耐火性能。由于在火災(zāi)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其配件起著阻止火勢(shì)擴(kuò)大和蔓延的作用，因此它們的耐火性能直接決定建筑物在火災(zāi)中的失穩(wěn)或倒塌的極限。

目前我們進(jìn)行垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)使用的是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)較早的一套設(shè)備，主要存在以下問(wèn)題：

（1）燃料流量、助燃風(fēng)機(jī)頻率（燃料-空氣混合比）、排煙風(fēng)機(jī)頻率（爐內(nèi)壓力）等參數(shù)通過(guò)手動(dòng)控制，嚴(yán)重依賴(lài)于操作人員的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)試件的熟悉程度，試驗(yàn)結(jié)果的不確定度較大。

（2）試驗(yàn)過(guò)程中由于各參數(shù)調(diào)節(jié)的相互配合及控制滯后等的問(wèn)題，易使?fàn)t內(nèi)燃料不完全燃燒，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)壓力過(guò)大，溫度控制偏差大，同時(shí)產(chǎn)生安全隱患。為解決上述問(wèn)題，我們開(kāi)展了對(duì)原設(shè)備的硬件改造，并自主研發(fā)一套測(cè)試系統(tǒng)，以更有效、準(zhǔn)確的方式開(kāi)展各類(lèi)垂直構(gòu)件耐火測(cè)試。

1硬件改造

參考設(shè)備原制造商提供的相關(guān)資料，同時(shí)憑借參與人員多年的試驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)， 針對(duì)相關(guān)問(wèn)題，我們提出了系統(tǒng)的改造需求及處理方案，見(jiàn)表1所示：

表1硬件改造方案匯總表

序號(hào) 改造需求 處理方案

1 燃?xì)饬髁慨?dāng)前值能在系統(tǒng)軟件中實(shí)時(shí)讀取，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)能通過(guò)軟件直接控制燃?xì)饬髁俊?更換PLC模塊、增加流量傳感器，通過(guò)比例閥調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁?，增加流量?dāng)前值讀取模塊。

2 變頻器接入控制柜，能夠使用系統(tǒng)軟件控制各變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)排煙風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)，凈化系統(tǒng)風(fēng)機(jī)氣流量的控制。 增加控制電箱及變頻控制模塊，上位機(jī)處增加RS232串口。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)直接控制點(diǎn)火，熄火及點(diǎn)火失敗保護(hù)功能。 增加點(diǎn)火控制模塊及通信處理模塊，每個(gè)燃燒噴嘴增加一個(gè)對(duì)應(yīng)電磁閥，更換點(diǎn)火器，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火異常時(shí)自動(dòng)關(guān)斷燃?xì)狻?/p>

4 試驗(yàn)過(guò)程中助燃風(fēng)機(jī)及燃?xì)饬髁繉?shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整。 增加PID控制模塊，根據(jù)溫度當(dāng)前設(shè)定值（標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線）自動(dòng)調(diào)整燃?xì)饬髁炕蛘咧硷L(fēng)機(jī)頻率。

5 爐內(nèi)溫度、背火面溫度改為單通道采集，減少干擾，提高穩(wěn)定性。 更換溫度模塊，采用差分輸入模塊，提高系統(tǒng)抗干擾性、穩(wěn)定性以及顯示精度。

參照處理方案，通過(guò)硬件調(diào)研，同時(shí)充分考慮產(chǎn)品的價(jià)格及功能，我們提出了下述的硬件需求，具體見(jiàn)表2所示：

表2硬件需求匯總表

序號(hào) 硬件名稱(chēng) 型號(hào)/規(guī)格 數(shù)量

1 氣體流量控制模塊 PLC模塊及流量傳感器 1套

2 電箱 通用 1個(gè)

3 變頻器控制模塊 ADAM4024 1套

4 擴(kuò)展串口 RS232 1個(gè)

5 點(diǎn)火控制模塊 ADAM4055 1套

6 通信模塊 ADAM4520 1套

7 控制模塊 ADAM4022T 1套

8 點(diǎn)火控制器 IFT244 6個(gè)

9 電磁閥 2W-20 6個(gè)

10 溫度模塊 ADAM4018+ 5套

11 溫度模塊 ADAM4017+ 1套

12 屏蔽雙絞線 通用 若干

13 集成數(shù)據(jù)控制器 通用 1個(gè)

14 基礎(chǔ)通信控件 通用 1套

15 I/O數(shù)模模塊 M8260 1套

通過(guò)適配相應(yīng)硬件，我們提出了系統(tǒng)相關(guān)電路控制方案。

1.1點(diǎn)火控制

六個(gè)點(diǎn)火控制器分別負(fù)責(zé)六個(gè)燃?xì)鈬姌尩狞c(diǎn)火工作，各點(diǎn)火器與燃?xì)庠粗g設(shè)有燃?xì)怆姶砰y及空燃比例閥。點(diǎn)火器接到點(diǎn)火命令后，開(kāi)始通過(guò)噴槍中的電極進(jìn)行點(diǎn)火，燃?xì)怆姶砰y及空燃比例閥開(kāi)始工作，使得燃?xì)馀c助燃空氣以適當(dāng)比例混合。如點(diǎn)火成功，點(diǎn)火控制器的火焰探測(cè)裝置檢測(cè)到火焰，顯示“點(diǎn)火成功”的指示燈變綠，同時(shí)停止點(diǎn)火，反饋點(diǎn)火成功信號(hào)，同時(shí)保持燃?xì)怆姶砰y開(kāi)啟；如在設(shè)定時(shí)間內(nèi)點(diǎn)火失敗或試驗(yàn)過(guò)程火焰中斷，點(diǎn)火控制器“點(diǎn)火失敗”指示燈變紅，反饋點(diǎn)火失敗信號(hào)，同時(shí)關(guān)閉燃?xì)怆姶砰y，防止燃?xì)獠粩噙M(jìn)入爐體內(nèi)部影響試驗(yàn)過(guò)程。

1.2爐內(nèi)溫度控制

爐內(nèi)溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，將信號(hào)傳送至系統(tǒng)主控制柜的西門(mén)子S7-200可編程控制器（PLC）的模擬量采集模塊，經(jīng)PLC的內(nèi)部CPU運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出并實(shí)時(shí)顯示于上位機(jī)的測(cè)控軟件中。PLC將采集到的爐溫值與設(shè)定值（按標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線計(jì)算得到）進(jìn)行比較，然后通過(guò)PID運(yùn)算控制輸出信號(hào)：當(dāng)爐內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)提高助燃風(fēng)機(jī)的頻率，使得助燃空氣流量及壓力升高，空燃比例閥開(kāi)度增大，燃?xì)夤?yīng)量增多，這時(shí)燃燒產(chǎn)生的熱值增大，溫度上升；當(dāng)爐溫高于設(shè)定值時(shí)，降低助燃風(fēng)機(jī)頻率，使得助燃空氣流量及壓力降低，空燃比例閥開(kāi)度減少，燃?xì)夤?yīng)量下降，這時(shí)燃燒產(chǎn)生的熱值減小，溫度下降。

1.3爐內(nèi)壓力控制

與爐溫控制一致，爐內(nèi)壓力傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，將信號(hào)傳送至系統(tǒng)主控制柜PLC的模擬量采集模塊，經(jīng)PLC的內(nèi)部CPU運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出并實(shí)時(shí)顯示于上位機(jī)的測(cè)控軟件中。S7-200 PLC將采集到的爐壓值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后通過(guò)PID運(yùn)算控制輸出信號(hào)：當(dāng)爐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)變頻器減小排煙風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)助燃風(fēng)機(jī)變頻器增大助燃風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這時(shí)爐內(nèi)壓力上升；當(dāng)爐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)排煙風(fēng)機(jī)變頻器增大排煙風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)助燃風(fēng)機(jī)變頻器減小助燃風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這時(shí)爐內(nèi)壓力則下降。

2測(cè)控軟件研發(fā)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)與PLC的通信設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理三部分。在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制場(chǎng)合，由于PLC性能安全可靠，因而廣泛用于數(shù)據(jù)采集與測(cè)控。要監(jiān)視PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀況，若選用市場(chǎng)上的人機(jī)界面或組態(tài)軟件，雖然功能豐富，可以提高軟件的開(kāi)發(fā)速度，但大多價(jià)格昂貴，不適合于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的控制場(chǎng)合。項(xiàng)目組設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件，采用了VB編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出上位機(jī)與各設(shè)備同的串行通訊控制程序，處理、記錄和顯示下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)并對(duì)下位機(jī)各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和修改，同時(shí)利用Excel軟件將相關(guān)參數(shù)整理成所需的報(bào)表。

軟件主要功能模塊有：通信及數(shù)據(jù)初始化模塊、主監(jiān)控窗口模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、實(shí)時(shí)曲線模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊及試驗(yàn)結(jié)果打印模塊等。各模塊主要功能如下：

（1）通信及數(shù)據(jù)初始化模塊主要是系統(tǒng)軟硬件之間進(jìn)行通信及初始化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的報(bào)警上下限等。

（2）主監(jiān)控窗口模塊實(shí)時(shí)跟蹤顯示所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化，方便操作人員根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化來(lái)進(jìn)行判斷、操作及調(diào)整。

（3）參數(shù)設(shè)置模塊為操作人員輸入相關(guān)樣品信息及針對(duì)試樣設(shè)置溫度采集點(diǎn)。

（4）實(shí)時(shí)曲線模塊顯示實(shí)時(shí)的爐內(nèi)溫度曲線、爐內(nèi)壓力曲線及背火面溫升曲線，直觀體現(xiàn)試驗(yàn)的趨勢(shì)。

（5）報(bào)警模塊在爐體燃燒或數(shù)據(jù)采集等方面出現(xiàn)故障或意外情況（如溫升過(guò)快、壓力過(guò)高、控制及采集信號(hào)斷路、點(diǎn)火異常等）時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并提供對(duì)應(yīng)的處理提示。

（6）數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊儲(chǔ)存了全部的試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)及記錄，方便查詢(xún)歷史記錄及檢查設(shè)備異常情況。

（7）試驗(yàn)結(jié)果打印模塊直接將標(biāo)準(zhǔn)要求所需的試驗(yàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸出至Excel表格，生成可儲(chǔ)存文件，也可以直接發(fā)送至打印機(jī)打印輸出。

3結(jié)語(yǔ)

針對(duì)我們當(dāng)前垂直構(gòu)件耐火性能檢測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題與不足，依據(jù)GB/T 9978.1-2008標(biāo)準(zhǔn)，在原有檢測(cè)系統(tǒng)爐體及相關(guān)硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)控制、采集等硬件進(jìn)行更新改造，結(jié)合計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)，研發(fā)了一套全新的檢測(cè)系統(tǒng)，提高了檢測(cè)效率及燃?xì)饫寐剩档蜋z驗(yàn)本，減少人為因素對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的影響。最終實(shí)現(xiàn)垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、控制精度高、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、檢驗(yàn)效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、安全性好的目的。

我們利用本項(xiàng)目研發(fā)的垂直構(gòu)件耐火檢測(cè)系統(tǒng)，為相關(guān)防火門(mén)、防火玻璃、防火卷簾、隔墻等的生產(chǎn)單位、施工使用單位以及政府監(jiān)管單位出具了多批次的正式檢驗(yàn)報(bào)告；系統(tǒng)應(yīng)用情況良好，獲得用戶(hù)的廣泛好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 9978.1-2008,建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分:通用要求[S].

作者簡(jiǎn)介：李曉增，男，碩士，質(zhì)量工程師，廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院建材消防檢驗(yàn)部，主要從事建筑防火材料及消防產(chǎn)品檢測(cè)、審核及科研工作。