drive signal在閥門智能定位器故障診斷中的應用

周宏偉，李翔，郭海寧

（中廣核核電運營有限公司，廣東 深圳 518124）

1 引言

DVC6000系列定位器使用圍廣，可以安裝在fisher及其他廠家的直行程和角行程閥體上，能進行自動校驗，操作簡單，控制精度高，調節穩定，故障較少，在核電站得到了廣泛的應用。閥門在線時，通過HART讀取drive signal，并結合相關參數能迅速定位閥門的故障，在大修離線校驗閥門期間，可以通過drive signal曲線并結合FS軟件對閥門本體以及定位器內部進行診斷，可以提前發現問題并進行處理，大大提高了電站運行的穩定性。

2 DVC6000定位器的結構與原理

DVC6000系列智能定位器采用模塊化設計，包含IP、氣動放大器（relay）、PWB、閥位

傳感器等模塊組成，由于采用的是模塊化的設計，出現故障，便于現場更換。

定位器控制原理如圖1所示，定位器接收4～20mA指令信號，送到PWB板，PWB板中微處理器讀取并運算后，轉換為I/P的驅動信號，即drive signal。當輸入信號增加后，送往I/P的 drive signal信號增加，I/P輸出的氣壓增大，送往relay的壓力增大，relay將該信號放大輸出送往閥門的膜盒，使閥門開啟或關閉，同時閥位傳感器會將閥位信號反饋至PWB板，形成閉環調節，使閥門的開度能與指令信號一致。

圖1 DVC6000智能定位器控制原理

3 drive signal信號介紹

3.1 drive signal信號原理

drive signal信號是PWB板送到I/P的驅動信號，是智能定位器的內部計算參數，顯示為百分比信號，是最大驅動信號的百分比。如圖2所示，氣動放大器的位置新號、閥門行程反饋信號、輸入的控制信號送入到PWB板，按照定位器設置的tuning參數進行運算后，產生drive signal信號，其中氣動放大器的位置信號是位于其內部的一個圓柱體磁塊反饋給PWB板，閥門行程信號則是通過閥位傳感器反饋給PWB板，小回路反饋增益、速度反饋增益、前置增益則需要在tuning中進行設置，如表1所示，可以選用表中的參數，也可以選擇Expert用戶手動設置。

圖2 drive signal原理圖

表1 tuning參數設置

表2是在各輸入信號下drive siganl信號的正常范圍，在現場校驗閥門或者在線檢查閥門參數時，若drive signal超出理論的范圍，說明定位器出現異常。若drive signal偏低，可能為I/P異常或者噴嘴有堵；若drive signal偏高，可能為氣動放大器異常或者漏氣；

表2 drive signal信號理論值

3.2 drive signal信號的獲取

drive signal信號可以通過HART或valvelink軟件與定位器通訊來讀取，HART/valvelink與定位器通訊采用的是hart通信協議，通信協議使用的是FSK（frequency shift keying），分別采用1200Hz和2200Hz信號代表數字信號“1”和“0”，HART信號的平均值為0，不會對控制信號產生影響，因此可以實現在線對drive signal信號進行讀取。

AD以上版本的定位器，可以繪制drive signal曲線，如圖3所示，橫軸是控制信號（百分比），縱軸是drive signal，曲線繪制需要將定位器置于out of service模式，并使用valvelink進行全行程測試，期間需要閥門動作，因此全行程測試只能在閥門離線校驗期間執行。對于HC版本的定位器無權限進行全行程測試，不能繪制drive signal曲線，但可以在in service模式下讀取當前信號下的drive signal值，在閥門校驗時可以對照表2進行檢查。

圖3 drive signal曲線

3.3 drive signal信號的影響因素

根據圖2，drive signal的原理圖，對drive signal信號有影響的因素有：I/P、閥位傳感器、氣動放大器，PWB板，定位器內部的調節參數tuning設置，此外閥門本體問題如卡澀、抖動也會影響到drive signal曲線。

了解了drive signaled影響因素，在閥門校驗過程中發現drive signal曲線出現異常時，首先需要確認機械本體無異常，之后再對定位器進行檢查。在核電站主要是通過Flowscanner軟件來進行判斷機械本體狀態，flowscanner采用的是外置的閥位以及壓力傳感器進行數據的測量，當然使用valvelink也可以進行閥門體狀態檢查，但使用valvelink時，數據是通過定位器內部的傳感器采集，若定位器內部傳感器出現故障，可能無法正確判斷是否閥門本體的故障。通過FS軟件來判斷閥門本體故障，valvelink來判斷定位器故障，這樣能確保校驗閥門時的準確性。

4 drive signal在現場的應用

4.1 閥門無法全開

在機組大修后啟機階段，發現凝結水泵在循環閥在控制信號為100%情況下，現場檢查閥門只有70%左右開度，無法全開，發現故障后，現場使用valvelink連接閥門，讀取參數：輸入信號20.95mA，行程設定值100%，實際行程71.63%，drive signal：100%，輸出壓力2.57bar，通過以上信息得出，drive siganl信號正常，輸出壓力已經達到定位器的供氣壓力，由此可以判斷定位器工作正常，造成閥門無法全開的原因可能閥門卡澀或者供氣壓力不夠導致，現場略微調整供氣壓力，閥門立即響應，后又確認在大修期間，閥門全開時的壓力為2.44bar，系統在線之后，2.57bar壓力不足以讓閥門全開，因此閥門不能全開就是供氣壓力不夠導致，在線調整定位器供氣壓力，閥門達到全開位置。

4.2 閥門不動作

大修期間對閥門進行DVC6200定位器改造，在啟機階段，閥門無法開啟，現場在線讀取相關信息，氣源壓力3.3bar，定位器輸出 0bar，控制信號 7.61mA，travel：0%，drive signal：100%，通過上述信息，閥門為單作用，控制信號在7.61mA時，drive signal信號的正常范圍應該為60%～85%，此時drive signal為100%，說明定位器出現故障，現場測量I/P線圈的電阻，滿足要求，現場拆開I/P，發現在I/P氣源孔表面有明顯的雜質，氣源孔堵塞，導致drive signal信號偏大，判斷是導致閥門無法開啟，確認故障原因后，氣源管線進行吹掃，為防止定位器內部仍留存有雜質，更換定位器，校驗合格后動作正常。

4.3 drive signal曲線異常

大修期間，在主給水調節閥校驗工作，該閥門使用的是DVC6010定位器，使用FS校驗工具對閥門進行動態特性曲線繪制時，閥門動作良好，無卡澀，如圖5（橫軸是閥門閥位，縱軸是閥門氣缸壓力），在使用valvelink進行全行程測試時，發現drive signal信號在60%左右有明顯的突降，而不是連續變化，如圖4，正常drive signal曲線如圖3所示。通過圖4曲線判斷閥門動作順暢無卡澀、抖動現象，故障點在定位器，現場檢查IP、氣動放大器，未發現異常，讀取各信號平臺下的drive signal在69%左右，根據以上分析，判斷閥位傳感器可能出現異常，現場更換定位器，并進行校驗，drive signal曲線恢復正常。

圖4 異常drive signal曲線

5 結語

drive signal信號在智能定位器的故障診斷中有非常重要的作用，對于重要的調節閥，如主給水調節閥，排大氣旁路調節閥，在大修校驗期間都需要進行drive signal曲線的檢查，通過曲線能發現一些潛在的問題，及時處理并進行故障調查，確認故障根本原因，制定維修策略，這樣有助于進一步提高設備運行的穩定性。

圖5 閥門動態特性曲線