drive signal在阀门智能定位器故障诊断中的应用

周宏伟，李翔，郭海宁

（中广核核电运营有限公司，广东 深圳 518124）

1 引言

DVC6000系列定位器使用围广，可以安装在fisher及其他厂家的直行程和角行程阀体上，能进行自动校验，操作简单，控制精度高，调节稳定，故障较少，在核电站得到了广泛的应用。阀门在线时，通过HART读取drive signal，并结合相关参数能迅速定位阀门的故障，在大修离线校验阀门期间，可以通过drive signal曲线并结合FS软件对阀门本体以及定位器内部进行诊断，可以提前发现问题并进行处理，大大提高了电站运行的稳定性。

2 DVC6000定位器的结构与原理

DVC6000系列智能定位器采用模块化设计，包含IP、气动放大器（relay）、PWB、阀位

传感器等模块组成，由于采用的是模块化的设计，出现故障，便于现场更换。

定位器控制原理如图1所示，定位器接收4～20mA指令信号，送到PWB板，PWB板中微处理器读取并运算后，转换为I/P的驱动信号，即drive signal。当输入信号增加后，送往I/P的 drive signal信号增加，I/P输出的气压增大，送往relay的压力增大，relay将该信号放大输出送往阀门的膜盒，使阀门开启或关闭，同时阀位传感器会将阀位信号反馈至PWB板，形成闭环调节，使阀门的开度能与指令信号一致。

图1 DVC6000智能定位器控制原理

3 drive signal信号介绍

3.1 drive signal信号原理

drive signal信号是PWB板送到I/P的驱动信号，是智能定位器的内部计算参数，显示为百分比信号，是最大驱动信号的百分比。如图2所示，气动放大器的位置新号、阀门行程反馈信号、输入的控制信号送入到PWB板，按照定位器设置的tuning参数进行运算后，产生drive signal信号，其中气动放大器的位置信号是位于其内部的一个圆柱体磁块反馈给PWB板，阀门行程信号则是通过阀位传感器反馈给PWB板，小回路反馈增益、速度反馈增益、前置增益则需要在tuning中进行设置，如表1所示，可以选用表中的参数，也可以选择Expert用户手动设置。

图2 drive signal原理图

表1 tuning参数设置

表2是在各输入信号下drive siganl信号的正常范围，在现场校验阀门或者在线检查阀门参数时，若drive signal超出理论的范围，说明定位器出现异常。若drive signal偏低，可能为I/P异常或者喷嘴有堵；若drive signal偏高，可能为气动放大器异常或者漏气；

表2 drive signal信号理论值

3.2 drive signal信号的获取

drive signal信号可以通过HART或valvelink软件与定位器通讯来读取，HART/valvelink与定位器通讯采用的是hart通信协议，通信协议使用的是FSK（frequency shift keying），分别采用1200Hz和2200Hz信号代表数字信号“1”和“0”，HART信号的平均值为0，不会对控制信号产生影响，因此可以实现在线对drive signal信号进行读取。

AD以上版本的定位器，可以绘制drive signal曲线，如图3所示，横轴是控制信号（百分比），纵轴是drive signal，曲线绘制需要将定位器置于out of service模式，并使用valvelink进行全行程测试，期间需要阀门动作，因此全行程测试只能在阀门离线校验期间执行。对于HC版本的定位器无权限进行全行程测试，不能绘制drive signal曲线，但可以在in service模式下读取当前信号下的drive signal值，在阀门校验时可以对照表2进行检查。

图3 drive signal曲线

3.3 drive signal信号的影响因素

根据图2，drive signal的原理图，对drive signal信号有影响的因素有：I/P、阀位传感器、气动放大器，PWB板，定位器内部的调节参数tuning设置，此外阀门本体问题如卡涩、抖动也会影响到drive signal曲线。

了解了drive signaled影响因素，在阀门校验过程中发现drive signal曲线出现异常时，首先需要确认机械本体无异常，之后再对定位器进行检查。在核电站主要是通过Flowscanner软件来进行判断机械本体状态，flowscanner采用的是外置的阀位以及压力传感器进行数据的测量，当然使用valvelink也可以进行阀门体状态检查，但使用valvelink时，数据是通过定位器内部的传感器采集，若定位器内部传感器出现故障，可能无法正确判断是否阀门本体的故障。通过FS软件来判断阀门本体故障，valvelink来判断定位器故障，这样能确保校验阀门时的准确性。

4 drive signal在现场的应用

4.1 阀门无法全开

在机组大修后启机阶段，发现凝结水泵在循环阀在控制信号为100%情况下，现场检查阀门只有70%左右开度，无法全开，发现故障后，现场使用valvelink连接阀门，读取参数：输入信号20.95mA，行程设定值100%，实际行程71.63%，drive signal：100%，输出压力2.57bar，通过以上信息得出，drive siganl信号正常，输出压力已经达到定位器的供气压力，由此可以判断定位器工作正常，造成阀门无法全开的原因可能阀门卡涩或者供气压力不够导致，现场略微调整供气压力，阀门立即响应，后又确认在大修期间，阀门全开时的压力为2.44bar，系统在线之后，2.57bar压力不足以让阀门全开，因此阀门不能全开就是供气压力不够导致，在线调整定位器供气压力，阀门达到全开位置。

4.2 阀门不动作

大修期间对阀门进行DVC6200定位器改造，在启机阶段，阀门无法开启，现场在线读取相关信息，气源压力3.3bar，定位器输出 0bar，控制信号 7.61mA，travel：0%，drive signal：100%，通过上述信息，阀门为单作用，控制信号在7.61mA时，drive signal信号的正常范围应该为60%～85%，此时drive signal为100%，说明定位器出现故障，现场测量I/P线圈的电阻，满足要求，现场拆开I/P，发现在I/P气源孔表面有明显的杂质，气源孔堵塞，导致drive signal信号偏大，判断是导致阀门无法开启，确认故障原因后，气源管线进行吹扫，为防止定位器内部仍留存有杂质，更换定位器，校验合格后动作正常。

4.3 drive signal曲线异常

大修期间，在主给水调节阀校验工作，该阀门使用的是DVC6010定位器，使用FS校验工具对阀门进行动态特性曲线绘制时，阀门动作良好，无卡涩，如图5（横轴是阀门阀位，纵轴是阀门气缸压力），在使用valvelink进行全行程测试时，发现drive signal信号在60%左右有明显的突降，而不是连续变化，如图4，正常drive signal曲线如图3所示。通过图4曲线判断阀门动作顺畅无卡涩、抖动现象，故障点在定位器，现场检查IP、气动放大器，未发现异常，读取各信号平台下的drive signal在69%左右，根据以上分析，判断阀位传感器可能出现异常，现场更换定位器，并进行校验，drive signal曲线恢复正常。

图4 异常drive signal曲线

5 结语

drive signal信号在智能定位器的故障诊断中有非常重要的作用，对于重要的调节阀，如主给水调节阀，排大气旁路调节阀，在大修校验期间都需要进行drive signal曲线的检查，通过曲线能发现一些潜在的问题，及时处理并进行故障调查，确认故障根本原因，制定维修策略，这样有助于进一步提高设备运行的稳定性。

图5 阀门动态特性曲线