The Application of drive signal in the Fault Diagnosis of Intelligent Positioner of Valves
ZHOU Hong-wei LI Xiang GUO Hai-ning
China Nuclear Power Operations Co.Ltd.
Abstract：
The paper introduces the principle of the drive signal, which is an intelligent positioner of DVC6000 series produced by Fisher, and its application in the field valve fault diagnosis is also introduced.
Keyword：
drive signal; DVC6000; fault diagnosis;
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。
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
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
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 s igna l在现场的应用
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。
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。
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
(来源：中国泵阀第一网)
