drive signal在閥門智能定位器故障診斷中的應(yīng)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(jìn)行自動校驗，操作簡單，控制精度高，調(diào)節(jié)穩(wěn)定，故障較少，在核電站得到了廣泛的應(yīng)用。閥門在線時，通過HART讀取drive signal，并結(jié)合相關(guān)參數(shù)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(jié)合FS軟件對閥門本體以及定位器內(nèi)部進(jìn)行診斷，可以提前發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理，大大提高了電站運行的穩(wěn)定性。

2 DVC6000定位器的結(jié)構(gòu)與原理

DVC6000系列智能定位器采用模塊化設(shè)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(shè)計，出現(xiàn)故障，便于現(xiàn)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(zhuǎn)換為I/P的驅(qū)動信號，即drive signal。當(dāng)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(guān)閉，同時閥位傳感器會將閥位信號反饋至PWB板，形成閉環(huán)調(diào)節(jié)，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(qū)動信號，是智能定位器的內(nèi)部計算參數(shù)，顯示為百分比信號，是最大驅(qū)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(shè)置的tuning參數(shù)進(jìn)行運算后，產(chǎn)生drive signal信號，其中氣動放大器的位置信號是位于其內(nèi)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(jìn)行設(shè)置，如表1所示，可以選用表中的參數(shù)，也可以選擇Expert用戶手動設(shè)置。

圖2 drive signal原理圖

表1 tuning參數(shù)設(shè)置

表2是在各輸入信號下drive siganl信號的正常范圍，在現(xiàn)場校驗閥門或者在線檢查閥門參數(shù)時，若drive signal超出理論的范圍，說明定位器出現(xiàn)異常。若drive signal偏低，可能為I/P異?；蛘邍娮煊卸?；若drive signal偏高，可能為氣動放大器異?；蛘呗?；

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(xié)議，通信協(xié)議使用的是FSK（frequency shift keying），分別采用1200Hz和2200Hz信號代表數(shù)字信號“1”和“0”，HART信號的平均值為0，不會對控制信號產(chǎn)生影響，因此可以實現(xiàn)在線對drive signal信號進(jìn)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(jìn)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(zhí)行。對于HC版本的定位器無權(quán)限進(jìn)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(dāng)前信號下的drive signal值，在閥門校驗時可以對照表2進(jìn)行檢查。

圖3 drive signal曲線

3.3 drive signal信號的影響因素

根據(jù)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(nèi)部的調(diào)節(jié)參數(shù)tuning設(shè)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(fā)現(xiàn)drive signal曲線出現(xiàn)異常時，首先需要確認(rèn)機械本體無異常，之后再對定位器進(jìn)行檢查。在核電站主要是通過Flowscanner軟件來進(jìn)行判斷機械本體狀態(tài)，flowscanner采用的是外置的閥位以及壓力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量，當(dāng)然使用valvelink也可以進(jìn)行閥門體狀態(tài)檢查，但使用valvelink時，數(shù)據(jù)是通過定位器內(nèi)部的傳感器采集，若定位器內(nèi)部傳感器出現(xiàn)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(zhǔn)確性。

4 drive signal在現(xiàn)場的應(yīng)用

4.1 閥門無法全開

在機組大修后啟機階段，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水泵在循環(huán)閥在控制信號為100%情況下，現(xiàn)場檢查閥門只有70%左右開度，無法全開，發(fā)現(xiàn)故障后，現(xiàn)場使用valvelink連接閥門，讀取參數(shù)：輸入信號20.95mA，行程設(shè)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(jīng)達(dá)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?qū)е?，現(xiàn)場略微調(diào)整供氣壓力，閥門立即響應(yīng)，后又確認(rèn)在大修期間，閥門全開時的壓力為2.44bar，系統(tǒng)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?qū)е?，在線調(diào)整定位器供氣壓力，閥門達(dá)到全開位置。

4.2 閥門不動作

大修期間對閥門進(jìn)行DVC6200定位器改造，在啟機階段，閥門無法開啟，現(xiàn)場在線讀取相關(guān)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(yīng)該為60%～85%，此時drive signal為100%，說明定位器出現(xiàn)故障，現(xiàn)場測量I/P線圈的電阻，滿足要求，現(xiàn)場拆開I/P，發(fā)現(xiàn)在I/P氣源孔表面有明顯的雜質(zhì)，氣源孔堵塞，導(dǎo)致drive signal信號偏大，判斷是導(dǎo)致閥門無法開啟，確認(rèn)故障原因后，氣源管線進(jìn)行吹掃，為防止定位器內(nèi)部仍留存有雜質(zhì)，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(diào)節(jié)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(jìn)行動態(tài)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(jìn)行全行程測試時，發(fā)現(xiàn)drive signal信號在60%左右有明顯的突降，而不是連續(xù)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(xiàn)象，故障點在定位器，現(xiàn)場檢查IP、氣動放大器，未發(fā)現(xiàn)異常，讀取各信號平臺下的drive signal在69%左右，根據(jù)以上分析，判斷閥位傳感器可能出現(xiàn)異常，現(xiàn)場更換定位器，并進(jìn)行校驗，drive signal曲線恢復(fù)正常。

圖4 異常drive signal曲線

5 結(jié)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(diào)節(jié)閥，如主給水調(diào)節(jié)閥，排大氣旁路調(diào)節(jié)閥，在大修校驗期間都需要進(jìn)行drive signal曲線的檢查，通過曲線能發(fā)現(xiàn)一些潛在的問題，及時處理并進(jìn)行故障調(diào)查，確認(rèn)故障根本原因，制定維修策略，這樣有助于進(jìn)一步提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

圖5 閥門動態(tài)特性曲線