汽轮机DCS控制系统的设计与研究

汽轮机DCS控制系统的设计与研究第1章绪论1.1课题的研究背景及意义1.1.1背景当前技术快速进步，汽轮机DCS控制系统得到了相应的发展，在操作过程中效率逐步提高，逐步在社会各个领域得到广泛的应用。现阶段我国的工业生产还处于发展阶段，我们不仅要合理应用计算机技术，更要优化机械设计制造过程中计算机技术的应用方法。1.1.2意义通过DCS控制系统的设计优化和发展，一方面可以保障各项工业所需的机械通过合理设计后安全投入生产链，另一方面可以有效地避免因为技术落后而造成不必要的资金投入和材料浪费。1.2汽轮机及DCS系统的发展概况1.2.1汽轮机的发展A汽轮机早期发展汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸汽的热能转化为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。1883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机，随后在1884年英国工程师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机，被广泛应用在电站、航海和大型工业中。随着资本主义工商业的迅速发展，在欧洲和美国许多公司着手制造汽轮机。由于大型电厂开始了发展而汽轮机的特点又适应这种发展的要求，于是汽轮机存在着大量的市场需求；同时不可避免地要求汽轮机能有更大的机组功率。1900～1905年，汽轮机功率在200～3000千瓦之间，以1000～1500转/分的转速运行。发展到1916年，汽轮机功率达到50000千瓦（AEG公司造）其转速为1000转/分。当时，转速为1500转/分的汽轮机功率大约为20000千瓦，转速为3000转/分的汽轮机其功率大约为10000千瓦。A一次世界大战后汽轮机的发展情况汽轮机的蒸汽参数的不断提高，促进了汽轮机的继续发展。除了汽机、锅炉效率及热循环效率的改善之外，还有热降的增大，都使热耗减小了。所有这些，都依赖于新汽轮参数的提高。到1925-1926年间，汽压力值提高到了大约25巴的平均水平，而温度提325～375℃。1930年后，汽轮机向更高参数的迅猛发展进入了暂时的停滞状态。参数为100～110巴、480～500℃的前置式机组多数由Leuna、Schkopau公司建造。蒸汽压力参数停滞在经实践证明是可靠的100巴的水平上。当时所用的材料承受不了较高的蒸汽参数，特别是温度。19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。到1937年汽轮机的总功率足达4000000千瓦，这些机组共生产了140亿千瓦？小时的电能。60%的汽轮机功率在10～20000千瓦之间；其中绝大部分的新汽轮的压力达到25atu（计示大气压）（65%）；蒸汽的高温、高压等级情况发生了变化；特别是冲动式汽轮机轴流式，占绝大多数，汽轮机的利用率和运行时间不断提高。A二次世界大战后汽轮机的发展经济衰退和第二次世界大战期间，使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。50年代，随着战后经济发展，电力需求突飞猛进，单机功率又开始不断增大，陆续出现了325～600兆瓦的大型汽轮机；60年代制成了1000兆瓦汽轮机；70年代，制成了1300兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为300～600兆瓦。1982年苏联首台120万千瓦单轴汽轮机正式于科斯罗马国营区域发电站投运，它不但是苏联、而且也是世界上到目前为止的最大功率单轴机组。自七十年代中期以后对以二次再热超临界参数为特点的大功率机组的发展出现了争议，发展的重点回归到现存各类典型机组的完善化工作上去了，即致为于提高汽轮机的可用率和运行灵活性。到目前为止，76年以后世界上投运的汽轮机组，从机组的功率等级和典型性上看，都已成为76年前历史资料所记载的各类机组的基本代表。A我国汽轮机发展状况我国汽轮机发展起步比较晚。1955年上海汽轮机厂制造出第一台6MW汽轮机。1964年哈尔滨汽轮机厂第一台100MW机组在高井电厂投入运行；1972年第一台200MW汽轮机在朝阳电厂投入运行；1974年第一台300MW机组在望亭电厂投入运行。70年代进口了10台200～320MW机组，分别安装在了陡河、元宝山、大港、清河电厂。70年代末国产机组占到总容量70%。哈尔滨汽轮机厂1956年建厂，先后设计制造了我国第一台25MW、50MW、100MW和200MW汽轮机，80年代从美国西屋公司引进了300MW和600MW亚临界汽轮机的全套设计和制造技术，于1986年制造成功了我国第一台600MW汽轮机，目前自主研制的三缸超临界600MW汽轮机已经投入生产。东方汽轮机厂1965年开始兴建，1971年制造出第一台汽轮机，目前的主力机型为600MW汽轮机。目前中国四大动力厂以300MW和600MW机组为主导产品。1.2.2DCS系统的发展DCS的前身可以说是集中控制系统，19世纪60年代，第二次工业革命开始，世界进入第二次工业革命，人类进入电器时代，继电器等电子设备普及。在DCS系统之前人们一直想着如何把设备集中控制，坐在屋子里就可以控制设备的启停，而不用跑到现场去操作。进入电器时代后终于可以利用继电器等电子设备可以把需要控制的按钮都放在一个屋子里，装上指示灯，盯着指示灯来启停设备。20世纪四五十年代，第三次工业革命开始，世界进入计算机和信息技术时代，计算机和信息技术取得重大突破，美国最大的仪表控制公司Honeywell在1975年首次提出DCS的概念，并推出了它的综合分散控制系统TDC-2000（ToalDistributedControl-2000）。这时集中控制系统也一路发展，形成了成熟的集中控制系统CCR（CentralControlRoom）也可以叫做集控中心。DCS的概念出现后，随着科技的进步，不断的更新迭代，主要经历了三个发展阶段。第一阶段：1975-1980年，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：一、采用微处理器为基础的控制单元，实现分散控制，有各种各样的算法，通过组态独立完成回路控制，具有自诊断功能。二、采用带CRT显示器的操作站与过程单元分离，实现集中监视，集中操作。三、采用较先进的冗余通信系统。第二阶段：1980—1985，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨率提高。强化的模块化系统。强化了系统信息管理，加强通信功能、强化的模块化系统。第三阶段：1985年以后，集散系统进入第三代，其技术特点表现为：一、采用开放系统管理。二、操作站采用32位微处理器。三、采用实时多用户多任务的操作系统。1.2.3DCS控制系统的优点高可靠性：由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。开放性：DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。灵活性：通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。易于维护：功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。协调性：各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。控制功能齐全：控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。1.3火电厂DCS控制系统现状近年来，电力生产中DCS得到了广泛的应用，尤其300MW及以上容量机组的热工控制已全面采用DCS控制系统，逐步形成了数据采集DAS、模拟量控制MCS、顺序控制SCS、燃烧器管理BMS4大系统，在汽机、锅炉等热力设备的顺序控制、数据采集以及炉瞠安全监控等方面取得了成功的经验，提高了电厂自动化水平和机组运行的安全性、经济性。火电厂热工自动化控制作为一项现代化的控制技术，有着广阔的发展前景，随着世界高科技的飞速发展和我国机组容量的快速提高，火电厂发电已成为电力输送系统的重要组成部分。目前火电厂热工自动化已经得到了长足的进步。DCS系统提高了热工自动化水平，改善了机组运行环境，减少了工人劳动强度，便于热控设备的维护管理，特别是DCS系统解决了集中控制系统的致命弱点一故障集中。DCS的最大优点是故障分散，采用了大量的微处理器，使各个微处理器承担一个范围较小地域控制任务，在控制策略的改进、历史趋势的记录及事故的分析方面优势明。

第2章汽轮机系统工艺流程2.1汽轮机及其辅助设备凝汽式汽轮机及其附属设备主要包括汽轮机本体、凝汽器、凝结水泵、射水箱、射水泵、汽封加热器、除氧器、高压加热器、低压加热器等设备。如图2.1所示图2.1凝汽式汽轮机及其附属设备汽轮机本体主要由两部分组成，由转动部分和固定部分组成。其中转动部分包括叶栅、叶轮或转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。锅炉中产生的过热蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，末端排出的汽体进入凝汽器，在凝汽器中凝结成水，进入汽封加热器或直接进入除氧器。补给水也直接进入除氧器，除氧器中的水经过高加或直接进入锅炉。2.2汽轮机工作原理汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机工作原理包括汽轮机级的工作原理和整个汽轮机组的工作原理。汽轮机工作原理涉及蒸汽的流动、叶片上作用力的产生和损失的形成，以及使汽轮机适应外界负荷变化的方法。一般可以通过两种不同的作用原理来实现：一种是冲动作用原理，另外一种是反动作用原理。1、冲动作用原理当一运动物体碰到另外一个运动速度比其低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同时给阻碍它的物体一个作用力，这个作用力被称为冲动力。冲动力的大小取决于运动物体的质量以及速度的变化。质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力也越大。受到冲动力作用的物体改变了速度，该物体就做了机械功。蒸汽在喷嘴中产生膨胀，压力降低，速度增加，蒸汽的热能转变为蒸汽的动能。高速气流流经叶片时，由于气流方向发生了改变，长生了对叶片的冲动力，推动叶轮旋转做功，将蒸汽的动能转变为轴旋转的机械能。这种利用冲动力做功的原理，称为冲动作用原理。2、反动作用原理有牛顿第二定律可知，一个物体对另外一个物体施加一作用力时，这个物体上必然要受到与其作用力大小相等、方向相反的反作用力。在该力作用下，另外一个物体产生运动或加速。这个反作用力称为反动力。利用反动力做功的原理，称为反动作用原理。在反动式汽轮机中，蒸汽不仅仅在喷嘴中产生膨胀，压力降低，速度增加，高速气流对叶片产生一个冲动力，而且蒸汽流经叶片时也产生膨胀，使蒸汽在叶片中加速流出，对叶片还产生一个反作用力，即反动力，推动叶片旋转做功。这就是反动式汽轮机的反动作用原理。2.3汽轮机车间工艺流程汽轮机车间的生产工艺流程如图2.2所示。图2.2汽机车间工艺流程图某热电厂发电系统主要由燃烧系统（以锅炉为核心)、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成)、电气系统（以汽轮发电机、主变压器为主)、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽;电气系统实现由热能、机械能到电能的转变;控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。地下水经深水泵由地下水井抽出，部分直接打入贮水池供循环水系统冷却循环使用，另一部分打入生水池，在生水池中沉淀出水中的泥沙，由化学泵送到高效过滤器，经过滤后进入清水箱，再经清水泵送到阳床，除去金属离子，并与水中的阴离子结合成无机酸，再经脱碳器脱去水中的二氧化碳后进入中间水泵，经中间水泵进入阴床，达到水的除盐目的后进入除盐水箱贮存。除盐水经除盐水泵送入除氧器后,经水泵加压至高压加热器内,加热水温至150℃左右，再送入省煤气入口联箱，在箱内吸收烟气热量后进入汽包，在汽包内经过粗分离后，由下降管进入水冷壁，在壁内蒸发汽化后，汽水混合物回入汽包，饱和水进入下降管继续循环，饱和蒸汽被分离出来，经导汽管进入低温过热蒸汽，蒸汽进一步升温369.8℃，后进入减温器与可调整水量的减温水换热，蒸汽得到冷却后送入高温过热器，蒸汽与烟气对流换热后进入汽轮机汽缸，膨胀做功后，部分蒸汽供车间使用，其余经凝汽器后由冷凝水泵送入低压加热器，后被送入除氧器继续循环使用。蒸汽做功过程热能转化为汽轮机机械能，进而带动发电机运转，转化出电能由主变压器导入输电塔，后由电网输送至各车间使用。空气由送风机送入预热器，升温后进入总风道，一部分由二次送风机送入炉檬，其余送入风室后,由风门调节风量后送入炉排。原煤由皮带机通过运煤栈桥送入原煤除铁器，除去杂铁后送入碎煤机，再由煤带机组送入原煤斗，煤在斗内靠重力作用进入刮煤空气由送风机送入预热器，升温后进入总风道，一部分由二次送风机送入炉膛，其余送入风室后，由风门调节风量后送入炉排。原煤由皮带机通过运煤栈桥送入原煤除铁器，除去杂铁后送入碎煤机，再由煤带机组送入原煤斗，煤在斗内靠重力作用进入刮煤给煤机，后进入抛煤机送至炉排。煤燃烧产生的烟气与蒸汽循环换热，后经省煤气入口联箱，经预热器后进入脱硫装置脱硫，再进入除尘器除尘后，由引风机送入烟肉排入大气。煤燃烧后的灰渣落入灰渣斗内，由除渣机送入除渣皮带，传送至渣场外运。

第3章汽轮机DCS控制系统设计方案本系统采用可编程逻辑控制器作为主控制器，为方便远程分散控制的要求,采用了两个远程IO设备站和一个S7-200的PLC作为从站，两个IO设备站主要由模拟量模块和数字量模块和通讯模块组成，主要完成对现场模拟信号和开关量信号的采集和输出控制，S7-200从站主要从主控制器接收控制命令，对变频器实现单独控制，以及向主控制器返回数据，方便主控制器管理和控制;上位机主要由操作员站和工程师站，负责完成对汽轮机整体状态数据的显示和管理，以及人员操作命令的发出点，主要由工业组态软件设计。3.1DCS控制系统的结构设计汽轮机的安全保护是非常重要的，DCS系统是对汽轮机远程和集中控制的重要安保措施，通过分析汽轮机的运行数据，判断机汽轮机的生产管理。系统的设计要求是清晰简单，易于操作，上位机用计算机，还需要设备占的设置，以及物理参数测量传感器，操作控制器，变送器等接连，采用信息诊断融合，提高传感器信号可靠性与融合技术。编写程序控制器，采用快速傅里叶变换，针对信号的振动进行处理，采用集中远控的方式，可以直接在上位机的界面操作，控制。3.2系统硬件设计系统的硬件设计主要是根据系统功能来实现，其硬件接线图如图3.1所示。系统主要包括汽轮机控制，汽机保护、信号采集和上位机监控几部分组成。图3.1系统硬件接线示意图汽轮机DCS系统的汽机控制部分:汽机控制主要分为调速系统和设备控制两部分，调速系统是汽轮机控制的主题，本文采用PID控制算法，转速设定值在上位机人机界面直接输入，通过工业以太网网络将参数传送给控制器，控制器从模拟量输入模块读入实际转速值与转速设定值进行比较，经过PID运算,通过模拟量输出模块输出相应的差值电流，经电液转换器控制汽机转速6;汽机设备控制部分主要实现汽轮机凝汽设备，油泵，风机和盘车等设备的控制，凝汽设备的控制主要实现热井水位的调节，采用变频器控制水泵电机转速，以达到控制出水量的多少，从而实现水位的调节，也采用PID算法控制，变频器频率的给定由控制器通信传输;泵类，风机和盘车的控制是由操作人员根据现场工况需要，通过上位机运控按钮，操作汽机设备的运行停止，当操作人员在人际界面按下按钮时，上位机通过网络将信号传递给控制器，由控制器根据控制逻辑得出操作结果，由数字量输出模块实现输出，控制远程设备的启动停止。汽轮机DCS系统的汽机保护部分:汽机保护部分是汽轮机运行的重要保证，本为主要阐述ETS系统的实现,其主要是针对汽轮机TSI系统的各个重要参数，以及其它有关汽机安全的重要参数，当操作人员按下急停按钮或汽机故障停机时，根据程序设计，PLC数字量输出模块输出数字量控制电磁阀泄掉高压油关断主汽阀而停机，并由ETS面板记录和显示停机状态。汽轮机DCS系统的数据采集部分:数据采集是本系统工作的依据，有数字量(DI)输入参数，数字量（DO）输出参数，模拟量（AI）输入参数，模拟量(AO）输出参数。通过转速、压力、温度和位移传感器及变送器将信号输入给PLC的模拟量输入模块。所有输入信号在PLC里计算、变换后，通过网络系统实时传送给上位计算机，计算机对数据进行存储、显示和管理，实现对整个工业汽轮机控制系统的运行参数的集中监控和管理。汽轮机DCS系统上位机监控部分:此部分主要是人机接口的设计，上位机部分是人机交互的重要手段，必须保证通讯可靠，操作方便等，本系统主要采用工业组态软件WNCC来完成设计工作，实现其数据归档，报警处理等数据管理工作，以及远程控制的实现，是现场工作的主要操作手段。3.3DCS控制系统的通信网络本DCS系统通信主要分为两部分，一为控制器与上位机之间的通信，采用工业以太网;一为控制器与I/O设备站以及从站之间的通信，采用ProfibusDP。工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准，该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作性和实效性。本系统采用SIMATICNET工业以太网，其传输速率快，可达100Mbit/s,在控制器端，采用通讯模块CP443-1，上位机端采用CP1613模块，中间采用两台交换机，组成上网冗余网络，有效的保证通讯的可靠性和快速性。ProfibusDP是用于过程控制级的高速传输网络，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息，采用RS485双绞线，传输速率可达12Mbit/s。本系统网络连接采用RS485中继器，其上安装有终端电阻开关，在总线两端要加入终端电阻。在控制器端集成有DP接口，IO设备站端采用IM153-2,同样采用双路网络，保证数据的可靠性。ProfibusDP是用于过程控制级的高速传输网络，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息，采用RS485双绞线，传输速率可达12Mbit/s。本系统网络连接采用RS485中继器，其上安装有终端电阻开关，在总线两端要加入终端电阻。在控制器端集成有DP接口，IO设备站端采用IM153-2,同样采用双路网络，保证数据的可靠性。

第4章汽轮机DCS控制系统方案设计4.1汽轮机过程控制方案设计本系统中工业驱动汽轮机过程控制系统采用PLC作为控制系统的核心，控制系统中的运算处理工作都有PLC来完成。本控制系统主要包括调速系统和热井水位调节系统两个部分。工业汽轮机控制系统总体方案如图3-2所示:图4.1工业汽轮机控制系统总体方案汽轮机的动力来源为热能，热能由锅炉来的蒸汽产生，蒸汽通过汽轮机调节气阀进入汽轮机，在汽轮机内部通过机械装置传递能量，汽轮机输出能量的功率大小和进入汽轮机的蒸汽量的多少有关，而通过调节汽轮机的进气阀开度可以控制进去汽轮机的蒸汽量，本系统此部分的控制任务主要是将汽轮机转速差信号放大后去控制调节阀的开度，从而达到控制汽轮机转速的目的。其工作原理是:由测速传感器给控制器送入一个4~-20mA的电流信号，经控制器转换处理得到汽轮机转速信号，再将此信号和转速设定值比较，由PID程序计算得出控制信号，从模拟量输出模块输出4~20mA控制电流，经过电液转换器转化得到液压信号，控制油动机行程，从而带动调节阀移动，这样就能控制调节阀的开度，油动机行程信号由位移传感器测出，此信号再与模拟量输出信号进行比较，如果两者没有偏差，则认为输出转速与设定转速没有偏差，伺服阀不需要调节，保持原状态即可，如果两者有偏差，则认为实际转速与设定转速存在偏差，则进一步调节伺服阀，较少转速偏差直到为零，负载的变化和环境中的干扰因素可能影响转速，本系统的目的就是再设定转速不变的情况下，克服干扰和负载变化带来的影响，保持转速的稳定。热井水位调节系统主要通过两台凝结水泵控制出水量来实现，凝结水泵由变频器控制，分为工频和变频两种方式，由PLC通过PID运算得出相应频率发送给变频器，实现控制凝结水泵的转速，从而达到控制出水量的多少。其中影响水位变化的一个重要因素就是凝结水的多少，所以在凝结水量不断变化时,本系统通过两台水泵的调节，保持水位的稳定。4.2汽轮机调速系统工业汽轮机有较高的转速和较大的功率适用范围。它能直接驱动生产流程中的泵、鼓风机和压缩机等机械，并可平稳、灵敏地与这些被驱动机械相互协调地变速运行，以适应生产流程工况条件的变化。这是其他动力机械所不能比拟的，因此性能优良，高效的调速系统对干工业汽轮机来说显得非常重要。4.2.1调速原理汽轮机工作时，影响汽轮机转速的因素主要是作用在汽轮机转子上的力矩,这些力矩主要有①蒸汽作用在转子上的主力矩M;②负载的反力矩M:③运行中摩擦产生的力矩Mf,它是由各种摩擦引起的。在正常稳定的工况下，三种力矩之和应该等于零，即:Mt-Me-Mf=0.而相对于蒸汽的主力矩Mt和负载的反作用产生的力矩Me，摩擦力矩Mf很小，可以忽略不计，这样上面的公式可改为:Mt-Me=0。在汽轮机运行中，只要作用在转子上的主力矩和反力矩不平衡，就会使转子产生角加速度,也就是汽轮机的转速会增加或减少。4.2.2调速方案本系统方案是基于PLC的PID控制算法实现的，由转速传感器测出的汽轮机实际转速送入控制器，经过PID运算，输出电信号，经电液转换器转换成油压信号,控制调节阀开度，从而达到控制汽轮机转速的目的。4.3热井水位调节系统热井是汽轮机凝汽设备的一个重要部分，凝汽设备的运行特性直接影响着汽轮机运行的经济性和安全性，而热井水位又直接影响着凝汽设备的运行，所以保证热井水位的正常是至关重要的。4.3.1凝汽设备原理凝汽设备的主要任务是在汽轮机的排气口建立和保持规定的真空度，并将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水。有许多方法可以降低排汽压力，其中最有效的办法就是将排汽送入密闭的凝汽器内，并用水或空气作为冷却工质，将排汽凝结成水，由于蒸汽凝结成水时，体积骤然缩小没，所以凝汽器内会形成高度真空，同时再用空气泵不断地把漏入凝汽器的空气不断地抽出，以免漏入凝汽器的不凝结的空气不新的积累、使凝汽器内的压力升高4.3.2热井水位调节热井水位信号由差压变送器转换为4~20mA电流信号,送入PLC的AI模块,经PLC程序处理变化为热井实际水位，和设定的热井水位比较,再经PID程序运算后，得出相应的变频器的转速频率，由通信电缆送入变频器，从而到达控制凝结水泵电机转速的目的，转速快则出水量大，反之出水量小。因为水位是缓慢变化的信号，所以在实际设计PID程序时，只是采用PI控制，微分参数设置为零。操作员设定信号可从上位机输入;操作员根据实际工况确定输入需要的热井水位值，程序自动比较当前水位和设定水位，根据PID运算结果确定送入变频器的数据。热井水位时刻受到排汽凝结成水的扰动，水位不能稳定在设定的工况水位下时，从热井水位差压变送器送来的实际水位信号到PLC，PLC把当前实际水位信号与设定值进行比较，PID运算得出相应的转速频率，由变频器控制水泵电机转速的增加或减少，使热井水位处于稳定的工况下。该系统充分考虑现场的复杂情况，包含足够的故障处理程序，对现场的很多系统故障进行自动处理，因此该系统自动化程度高，可靠性非常好。4.4设备控制本系统的汽轮机设备主要包括高压油泵、润滑油泵、风机和盘车等，汽轮机要安全有效的运行，这些设备的运行状态是至关重要的，因此有效的控制这些设备的运行也是本系统的关键。高压油泵和润滑油泵是保证汽轮机动力油压,润滑油压稳定的，因此在汽轮机运行的时候如何提供足够的油压式关键，本系统高压油泵和润滑油泵都分别有两台泵，分为主泵和备用泵，主泵和备用泵可以在上位机预设，当主泵不能提供足够的油压时，启动备用泵，备用泵的启动可以选择手动和自动两种方式。高压油泵和润滑油泵是保证汽轮机动力油压,润滑油压稳定的，因此在汽轮机运行的时候如何提供足够的油压式关键，本系统高压油泵和润滑油泵都分别有两台泵，分为主泵和备用泵，主泵和备用泵可以在上位机预设，当主泵不能提供足够的油压时，启动备用泵，备用泵的启动可以选择手动和自动两种方式。高压油泵和润滑油泵是保证汽轮机动力油压,润滑油压稳定的，因此在汽轮机运行的时候如何提供足够的油压式关键，本系统高压油泵和润滑油泵都分别有两台泵，分为主泵和备用泵，主泵和备用泵可以在上位机预设，当主泵不能提供足够的油压时，启动备用泵，备用泵的启动可以选择手动和自动两种方式。

第5章汽轮机DCS系统保护方案设计汽轮机紧急跳闸系统是重要的安全保护系统，系统的可靠性直接影响机组的安全。长期以来国产机组汽轮机的保护系统是由继电器联锁实现的。由于继电器本身存在速度慢、可靠性低、寿命短、分散性大、系统功能不容易修改、系统误动或拒动现象时常发生，并且不能DCS系统通讯。运行人员只能从热工信号光字牌了解系统运行状态，监视和保护投退盲目性大，难以分析事故原因,系统安全得不到保证，随着工业自动化水平的不断提高，继电器已经不能适应其需求。5.1ETS系统ETS系统是汽轮机紧急跳闸保护系统，是保护汽轮机在发生危险状况时，能紧急自动停机，保护汽轮机安全。本文主要阐述电气危机遮断系统，是用来监视对汽轮机运行安全有重大影响的某些参数，主要来自汽轮机TSI系统的各个参数，以便在这些参数超过安全限定值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，紧急停机。5.1.1超速保护汽轮机一般运行在额定转速的状态下，但当负荷变化且控制系统故障，操作人员误操作时都有可能发生汽轮机超速运行，汽轮机超速运行容易发生飞车等危险事故，造成生产中断和汽轮机自身损坏，为保证汽轮机安全可靠运行,超速保护是一个重要的手段，此速度信号来自于TSI系统的转速信号，为保证信号的可靠，采用三取二逻辑，经内部程序运算，当达到停机值时，由数字量输出模块输出信号，控制接触器吸合，驱动停机电磁阀停机，接触器和停机电磁阀采用冗余处理，再转速没有降到停机值以下时，不允许ETS系统复位，达到保护汽轮机的目的，本系统汽轮机额定转速为7050rmp，其报警值为额定转速的115%，停机值为额定转速的118%。5.1.2轴向位移保护轴向位移信号来自汽轮机TSI系统，采用电涡流位移传感器检测，轴向位移信号有正负之分，量程为±2mm，代表轴向位移偏离中心点有两个方向，此信号由模拟量模块接收，经比较运算，如果超过停机值，则由数字量模块输出信号完成对停机电磁阀的控制，本系统轴向位移的报警值为士0.5mm，停机值为土0.7mm。5.1.3排汽室真空低停机保护排汽室真空低信号来自于凝汽设备压力开关，是数字量信号，信号采集采用三取二逻辑，其停机值为-40kpa，有三路输入信号，当任何两路压力开关闭合则认为信号有效，即可输出停机信号，控制停机电磁阀动作，及时停机，保护汽轮机安全。5.1.4轴瓦回油温度高停机保护轴承回油温度有前轴承回油温度，后轴承回油温度和推理轴承回油温度，这些信号都来自就地端子箱，是数字量信号，接点闭合有效，信号报警温度为65℃，停机温度为70℃，当达到停机温度时，接点自动闭合，控制器接收到闭合信号，输出停机信号，控制电磁阀动作，保护汽机安全。5.1.5轴承轴瓦温度高停机保护轴承轴瓦温度信号来自就地端子箱，有前轴承轴瓦温度和后轴承轴瓦温度，分别有四路信号，温度测量采用PT100热电阻，其报警值为95℃，停机值为110℃，模拟信号送入控制器，经程序比较器，若大于停机值则输出数字量的停机信号，控制停机电磁阀动作停机，保护汽轮机安全。5.2ETS实现ETS系统是保护汽轮机安全的系统，也是警示操作人员发生危险，并进行安全处理的设备，因此在发生停机事故时，要有报警指示灯，和选择停机信号有效的操作开关和实验按钮，操作面板能有效的解决这些问题。5.3汽轮机启动安全汽轮机启动是安全运行保护的重要部分，是确保汽轮机启动成功，安全运行的重要条件，首先要做好启动前的准备工作,汽机大修之后启动前也要做好试验工作，确保汽轮机启动运行安全。5.3.1汽机启动准备启动准备主要是做好汽轮机各个设备的安检和送电工作，主要有:1.做好启动前凝汽器的准备工作，对全部设备系统进行详细的检查，肯定所有检修工作全部结束。2.将各辅助设备和电动门送上电源，各仪表投入，发送器送上电源。3.各附属设备检修后分部试验已结束，并且试验合格。4.油系统检查，油系统不应漏油，邮箱游标应灵活，邮箱内无积水，冷油器内应充满油。5.ETS系统联锁保护切换开关应在正确位置。6．自动保护和信号装置的电气部分正常，并投入自动记录仪表和信号电源。7.所有测量仪表应齐全完好，表记一次门开启。8.检查油系统截门位置，其中高、低压油泵的进出口油门全开，润滑油系统到调速系统充油门全开，排烟风机门全开，盘车进油门全开，油泵冷却水门及其总门开等;事故放油门关，邮箱放油门关，冷油器取样门关，油净化装置进、出口油门关,低压油联动仪表泄油门关闭等。9.应检查主汽，抽汽，疏水，汽封，凝结水系统，法兰加热系统，循环水系统，空气系统，水冷系统，高压加热器系统等截门位置正确。10.检查操作盘的联锁和保护应正常。上述准备工作都执行完毕，并且各系统都正确，才可进行汽机启动。5.3.2启动前的实验方法为保证汽机运行安全，汽轮机启动前应做好各项安全试验，其中主要包括:1.热机保护实验:启动高压油泵，在监控界面中点击“挂闸”并确认，点击“运行”并确认。盘车应连续投入运行，将盘车联锁投入;打开油压低试验油门，当油压过低时，应检查备用油泵是否自启动，当油压低至停盘车时，盘车应跳闸。2.凝结水泵互投试验:手合启动一台凝结水泵，并检查各部分运行正常，将凝结水泵“手动/自动”按钮切换到自动按钮，依次用控制故障按钮试验两台泵的联锁互投，两泵互投试验正常后将运行泵停止，试验结束。3.轴向位移保护实验:在ETS操作面板上，将轴向位移投切开关投入，在监控界面中点击“挂闸”并确认，点击“运行”并确认，汽轮机启动后，由操作人员调整轴向位移发送器，当位移过大时，信号光字牌应亮，停机电磁阀动作，主汽门关闭。4.排汽室真空低保护实验:在ETS操作面板上，将排汽室真空低投切开关投入，在监控界面中点击“挂闸”并确认，点击“运行”并确认，汽轮机启动后，慢开真空破坏门，当排汽室真空过低时，信号光字牌应亮，停机电磁阀动作，主汽门关闭。ETS汽轮机紧急跳闸系统的其他各项试验方法都要进行，保证有危险停机信号发生时，停机电磁阀要及时动作，并有危险停机信号灯闪烁，声光报警信号发出。5.4系统接地保护系统接地保护主要提供控制系统和操作人员的安全而进行的，DCS系统设备本身、供电电源以及内部电源系统，和进入系统内部的模拟信号包括电流信号和温度信号，这些部分出现问题时，如果进行了有效的接地保护，可以及时有效的把过载电流导入大地，从而保护系统安全。其中模拟信号主要采用屏蔽线单端接地，电流信号采用双芯屏蔽线连接，温度信号采用三芯屏蔽线连接，电源系统主要是把电源的地端有效接地，系统设备本身也要有效接地。本系统的接地保护除了能够控制系统提供屏蔽层，有效的减少和消除电子噪声干扰，还能很好的为系统本身提供良好的公共信号参考点。当接地保护系统发生问题时，轻则发生干扰严重信号不准确，重则会造成设备的顺坏和人员的触点伤害，因此,为了设备和人员的安全考虑，良好的接地保护是必须的。

第6章总结综上所述，随着社会经济和科学技术的快速发展，汽轮机DCS控制系统得到了相应的发展，在操作过程中效率逐步提高，逐步在社会各个领域得到广泛的应用。结合汽轮机实际的应用情况，在汽轮机运行过程中，一定要注意对汽轮机的控制系统进行优化，进一步提高系统的安全性和稳定性，保证汽轮机机组的稳定运行，从而促进电力生产领域的不断发展。由此可见，想要达到机械设计制造及自动化的目标，必须合理应用计算机技术。汽机调速系统及DCS改造后使机组适应外界不同负荷变化的能力得到了提高，大大提升了机组自动化水平，同时提高了机组的安全性、灵活性和经济型，为热电厂安全生产提供了保障。热电站DCS系统生产应用结果表明：烟气含氧量控制稳定，提高了燃烧效率；汽包水位及给水系统控制稳定，实现了安全生产；减少了操作人员，节约了人工成本。系统整体运行稳定可靠，不需要人工频繁操作，减轻人工劳动强度。根据现有的热电站设备情况，配置热电站DCS控制系统，提升热电站自动控制水平，使原有设备焕发出新的活力，为过程实现“自动化、智能化、数字化”的现代化热点厂建设奠定了基础，为制糖生产过程大数据分析与应用奠定了基础。

参考文献[1]戴少石.小汽机数字电液控制系统的优化设计与实施[D].北京：华北电力大学，2016.[2]徐柯.华能珞璜电厂#2机组360MW进口电站DCS改造研究初探[D].重庆大学，2004.[3]陈峰.火电厂热工自动化DCS控制系统的应用及发展分析[J].电子技术与软件工程，2018（22）：99.[4]耿真.火力发电厂汽轮机组节能降耗措施探究[J].科技经济市场，2017（11）：4-6.[5]梁秀臣.浅析汽轮机系统中DCS控制技术的应用[J].科技与企业，2014（04）：101.[6]刘婧艳.基于DCS汽轮机DEH控制系统的优化研究分析[J].价值工程，2012，31（28）：28-29.[7]涂环，陈辉.基于多目标遗传算法的汽轮机转速PI控制器参数优化[J].武汉理工大学学报，2018，（2）：67-71.[8]李思宇，侯俊吉，王鹤云.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分[J].南方农机，2017，（1）：121.[9]郑璐晔，潜俊儒.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用[J].现代制造技术与装备，2017，（11）：159-160.[10]李凤.自动化技术在机械设计制造中的应用研究[J].时代农机，2017，（2）：21-22.

附录一：汽轮机控制系统的综合摘要在块方法的框架内，我们提出了一套解决方案，用于控制蒸汽发生器，即在控制对象模型的参数不确定性，外部不受控制的干扰和不完全测量的作用下控制汽轮机的一组任务状态向量。通过在Matlab–Simulink环境中进行的仿真研究，已经证实了开发控制算法的可行性。关键词：块法；分解综合；跟踪问题；外部不协调干扰；状态观测器综合引言大型现代热力和电力设施通常采用一种方案，该方案基于煤或天然气燃烧产生的水蒸气，然后将其供应给蒸汽轮机，以产生电力和热量。与其他设计相比，该方案具有最佳的技术特性，包括能源效率，尤其是大功率能源设施。描述热量和能量对象的数学模型是多维的，并且是多重连接的，具有无法直接测量的大量物理参数。在这样的模型中需要考虑非线性是由于热，机械和电的约束，并且存在对所发生过程的总功率的一般约束。由于必须最大限度地减少电力资源的损失，同时又要加强电力设施的技术流程这一普遍要求，因此必须考虑这些限制。目前，用于电力对象的控制算法基于应用于原始非线性系统和鲁棒镇定的线性化方法，并随后基于Lyapunov函数对系统的稳定性进行了分析。应当指出，在这些方法的框架内，仅在工作点的一小部分附近就可以确保控制系统的可行性。在封闭系统的变量与稳态之间存在较大偏差的情况下，系统可能会停止运行，从而可能导致不同级别的紧急情况。由于存在外部不协调的干扰和状态变量的不完全测量，因此在电力系统中很难使用自适应和H∞控制方法。在这项工作中，我们提出了在外部不协调干扰，控制对象模型的参数不确定性和不完整的测量设备的作用下，针对“蒸汽发生器－涡轮机”系统的鲁棒控制和观测问题的解决方案。在所有这些不确定因素下，与这些对象的控制相关的问题的解决方案需要一种方法来引入和开发。这项工作的主要思想是以等效输入输出系统的形式表示控制对象的数学模型混合变量的新坐标基础，即状态变量，外部干扰，定义的影响及其导数的组合，这可以确保变换后的干扰的一致性和变换后的系统在跟踪误差方面的完全可观察性。特殊形式的国家观察员和控制律是根据转换后的变量构造的，不需要实时执行变量的正向和反向变化。对于跟踪问题，使用控制的块原理，以滑动模式运行的具有不连续控制的系统的方法，以及在观察和控制问题中其极限连续对应项的使用使我们能够确保无需在各种操作模式下重新配置控制器即可实现封闭系统的可操作性，从而使其在较大范围内不受外部干扰和控制对象模型参数变化的影响。在这项工作中，我们使用由两个子系统组成的汽轮机安装的非线性模型。在第一个子系统的基础上，该子系统包括一个涡轮发电机单元和一个主控制器（用于供应蒸汽以改变涡轮功率的执行器），我们实现了通过改变开度来控制涡轮轴旋转频率的算法控制阀的角度。作为外部干扰（在这项工作中假设无法进行测量），我们考虑了发电机负载，并且仅测量涡轮机的角速度和相应的参考影响。通过使用锅炉和中间过热器的累积容量来控制涡轮机功率。主控制器以不到一分钟的时间消除了很小的负载偏差（1÷4％）。基于反映锅炉过程的第二个子系统，在控制阀之前的蒸汽压力控制算法是通过改变锅炉炉子（辅助控制器）的燃料供应来实现的，即负荷的长期和长期变化（大于4％时）。一分钟以上的时间）。我们还应该提到虚拟控制器。在高功率网络上工作时，在恒定励磁流和角速度超过额定值的情况下，单独的发电机会产生更多的有功功率，并且发电机转子会减速，并且当转速降低时，有功功率会传输到网络减小，发电机旋转频率增加。实际上，通过在角速度计中或在控制蒸汽供应阀相对于涡轮的位置的执行装置中的平衡点的较小邻域中引入死区，来考虑虚拟稳定控制器。为了比较电网的质量，我们将提供以下数据：在俄罗斯，不敏感区域受技术条件的限制，而对于蒸汽轮机，不敏感区域为0.15Hz或0.3％。在欧盟，不敏感度要求不超过30MHz或0.02％。控制对象模型和问题设置汽轮机安装动力学的数学模型是基于的一些物理过程。旋转质量的动力学用牛顿第二定律描述，其中ω是涡轮转速，N1是涡轮的功率（或扭矩），Ng是力量（或时刻）的抵抗上的涡轮轴或者上的发电机转子轴，减少去的涡轮轴，J是机组旋转质量的减小转动惯量。为了描述汽轮机在不考虑中间蒸汽过热的情况下产生机械功率的过程，我们可以使用能量平衡方程h转换的蒸汽能源进入机械能1是控制的位置阀门；t是前面的蒸汽压力阀门直接调节汽当考虑到蒸汽的中间过热时，涡轮轴上的总功率是由高压缸(HPC)和低压缸(LPC)传递给涡轮轴的功率来定义的，我们在模型中引入了LPC的发电方程：l是产生的功率，Tl是时间常数。tP在涡轮N总功率中的份额1然后产生总功率N的过程1h−l关于变量lh=1÷和低压的时间常数汽缸是a命令巨大的大于l=3÷7]到期了去的过热器中大量的蒸汽。当阀门打开时，蒸汽被提供给汽轮机；它由执行电流驱动(DCD)控制)。这个过程由一个非线性方程组描述：在哪里1是的角度的旋转的的D(大门阀门)；2是的角速度；3是的锚电流，]；4是的电矩，1是那个负载力矩；4=康斯特是的磁通，21,32,31都是的引擎设计系1是的锚电压，已审议作为a图1带过热器的汽轮机流程图用非线性微分方程描述了作为蒸汽发生器的锅炉与控制阀之间蒸汽压力的变化过程其中Cn是高压管道的热常数，Pd是锅炉输出的蒸汽压力-蒸汽发生器，ks之间压降的比例系数锅炉和阀门，kμ是阀门位置的比例系数。锅炉输出蒸汽压力变化的动力学-蒸汽发生器有形式其中Cb是锅炉的热常数，Dq是炉子的热流，km是比例系数。炉内燃烧过程用能量平衡方程描述：在那里b是一个时间常数，u2是炉子中的燃料消耗，被认为是一种控制。汽轮机厂房，包括中间过热器的总体方案如图所示。提出了由EQ描述的蒸汽发生器和双缸涡轮的联合控制问题。（2.1)-(2.3）以使单位ω(T)的角速度保持在给定的水平ωd(t)与a给予准确性通过在机械运动方程中保持功率平衡。让1考虑到传递给发电机的动量产生的物理性质，最好将一般数学模型（2.1)、(2.2)-(2.6）分成两个子涡轮发电机模型和蒸汽发生器模型。第一个子系统反过来也将以两个子系统的形式表示。在第一个方程中，我们包括相对于跟踪误差e编写的汽轮发电机动力学方程（2.1），(2.211(t)和补充通过一个整体链接：为变量e添加微分方程10(t)还有它的进一步使用在反馈威尔加封闭系统的天体性质。涡轮发电机模型的第二个子系统是执行器的动态模型（2.3）。基于蒸汽发生器（2.4)-(2.6）的数学模型，跟踪阀P前蒸汽压力的给定值问题TD(t)也可以具有一定的准确性解决了。让E21(t)=Pt(t)−PTD(t)是跟踪误差，那么控制目标就是确保问题(2.7)还有(2.9)都是解决了下面的以下约束假设：直接测量仅适用于e11(t)和e21(t)信号N1(t)，(t)，(t)、ω˙(t))假设控制对象模型（)的参数(以及它们在)和)中的组合）是未知。变。这些假设解释了这两个跟踪问题的公式，以相同的方式达到给定的精度，以实现不变性的有界扰动（例如，见下面的引理）。具有反馈的基本控制律的分解合成在本节中，在块方法的框架内，我们开发了解决问题（2.7)和(2.9)的分解反馈综合过程）。首先，我们考虑包括子系统（2.8)和(2.3)的涡轮单元的模型）。步骤1.1在子系统（2.8）的第二个方程中，变量(N1−g假设J是一个虚拟控件，并选择为(N1)/J=−k111−110+˙所以用k1,10=康斯特>0我们可以提供的的稳定性的适当的动议的的变量10e11.介绍了所选和实际虚拟控制之间的残差给定我们执行的变量的非简并变化，子系统（2.8）中的前两个方程采取这种形式步骤1.2解决剩余N的稳定问题1。在微分方程中变量Ptq1有双重功能。一方面，它被认为是一个虚拟控制，它提供了残差N的稳定。另一方面，将所选函数解释为参考影响y1d(t)分系统中DPT轴的旋转角度（2.3）：考虑所选和实际虚拟控件之间的残差我们有一个具有稳定适当运动的方程：封闭的局部连接将采取这种形式n˙1=−K12n1+e1.因此，子系统（2.8）部连接将采取这种形式在（3.5）可解释为内部动态子系统。它在d处的适当运动3>0是稳定的，因此变量N的值l是有界的，这是跟踪系统物理可实现性的一个条件[14,15,17]允许我们进一步忽略Eq。(3.5).在块方法的框架内，子系统（2.3）的下一步是解决真实控制u的综合问题1这确保了变量Ptq1跟踪给定的信号（3.2)，或者换句话说，跟踪误差(3.3）稳定。步骤1.3。在与（3.2)、(3.3）有关的跟踪误差组成的方程中变量Ptq2被假定为虚拟控制Ptq2=−p˙tq1+你˙1d−K1e1，k1=警员>0。在介绍了虚拟控件的实值和选择值之间的残差之后跟踪误差方程将˙1=−K1e1+e2.步骤1.4。我们解决了稳定残差（3.6)的问题）。我们组成一个微分它的方程式。根据（2.3)，(3.6）我们有在引入虚拟控件的真实值和选定值之间的残差后子系统（2.3）被简化为针对跟踪错误编写的子系统，具有封闭的本地连接：步骤1.5在子系统（3.7）中，选择真正的控制u1需要稳定残余e3。让我们考虑基本控制的不同可能性法律。当选择具有线性稳定分量的组合控制时我们需要知道变量e的当前值3(t)（3.7），f1(t)并需要对参数b有确切的了解1(t)。为了减少对先验信息量的要求，建议直接使用不连续控制而不是标准脉宽调制(PWM)当根据不等式e选择振幅时3e˙3<0⇒m1>f1/b1敏在哪里|f1(t)|≤f1=警员>0,0<b1敏≤b1(t)≤b1马克斯∀≥将在有限的时间内确保我们在表面e上达到一个滑动模式3=0，因此，残差e1(t)e2(t)意愿指数级收敛到零[12]。要实现（3.10），我们需要知道值e3(t)还有估计数f1还有b1分钟.让我们转向解决跟踪问题（2.9）。我们引入变量P的非简并变化ˆd=pd−pt,pd=pˆ2+pt还有重写系统(2.4)–(2.6)与尊重去的跟踪误差e21(t)=Pt(t)−PTD(t)：在块方法的框架内，控制的分解合成过程影响u2在系统（3.11)中，确保(2.9）由三个步骤组成。步骤2.1。在（3.11）的第一个方程中，我们假设变量Pˆd要成为虚拟控件，实际和采用的虚拟控件之间的相应残差是考虑到（3.12），我们得到了跟踪误差的微分方程：其中变量Dq是假设去是的控制。后介绍的残余物在真实和选定之间价系统（3.11）被简化为针对具有封闭本地连接的跟踪错误编写的系统：这里步骤2.3在系统（3.14）中，选择真正的控制u2需要稳定残余Dq。让我们考虑基本控制法的不同可能性。当选择具有线性稳定分量的组合控制时系统的最后一个方程（3.14）形式为D˙q=−K23dq,其中保障a封闭系统中变量的一致指数收敛（3.14)，(3.15）为零：不幸的是，控制法（3.15）在实践中无法实现，因为它不仅需要有关变量D的信息q(t)(3.13),但是也是准确的知识的f2(t)还有b2(pˆd)(和我们不能恢复他们的电流价值单独)。与组合控制（3.15）不同，实现不连续控制没有。附录二：SynthesisofaControlSystemforaSteamTurbineAbstractWithintheframeworkoftheblockapproach,weproposeasolutionforasetoftasksforcontrollingasteamgenerator,i.e.,aturbineunitunderparametricuncertaintyofthecontrolobjectmodel,undertheactionofexternaluncontrolleddisturbancesandunderincompletemeasurementsofthestatevector.ThefeasibilityofdevelopedcontrolalgorithmshasbeenconfirmedbyasimulationstudyintheMatlab–Simulinkenvironment.Keywords:blockapproach；decompositionalsynthesis；trackingproblem；externaluncoordinateddisturbances；synthesisofstateobservers。INTRODUCTIONLargemodernheatandpowerfacilitiescommonlyemployaschemeforthegenerationofelectricityandheatbasedonthegenerationofwatersteamfromthecombustionofcoalornaturalgasandsubsequentlysupplyingittosteamturbines.Thisschemeachievesthebesttechnologicalcharacteristicscomparedtootherdesigns,includingenergyefficiency,especiallyforhigh-powerenergyfacilities.Mathematicalmodelsdescribingheatandenergyobjectsaremultidimensionalandmultiplyconnected,withalargenumberofphysicalparametersthatcannotbesubjecttodirectmeasurement.Theneedtotakeintoaccountnon-linearitiesinsuchmodelsisduetothermal,mechanical,andelectricalconstraintsinthepresenceofageneralconstraintonthetotalpoweroftheoccurringprocesses.Onehastoaccountfortheseconstraintsduetotheuniversalrequirementofminimizingthelossofpowerresourceswhilesimultaneouslyintensifyingthetechnologicalprocessesofpowerfacilities.Atpresent,controlalgorithmsforpowerobjectsarebasedonlinearizationmethodsappliedtotheoriginalnonlinearsystemandrobuststabilizationwithsubsequentanalysisofthestabilityofthesystembasedonLyapunovfunctions.Itshouldbenotedthatwithintheframeworkoftheseapproaches,itispossibletoensurethefeasibilityofthecontrolsystemonlyinasmallneighborhoodoftheoperatingpoint.Underlargedeviationsofthevariablesoftheclosedsystemfromthesteadystate,thesystemmayceasetobefunctional,whichcanleadtoemergencysituationsondifferentlevels.TheuseofadaptiveandH∞controlmethodsforpowersystemsisdifficultduetothepresenceofexternaluncoordinateddisturbancesandincompletemeasurementsofstatevariables.Inthisworkweproposeasolutiontorobustcontrolandobservationproblemsfora“steamgenerator—turbineunit”systemundertheactionofexternaluncoordinateddisturbances,parametricuncertaintyofthecontrolobjectmodel,andanincompletesetofmeasuringdevices.Thesolutionofproblemsassociatedwithcontrolfortheseobjectsunderalloftheseuncertaintiesrequiresonetointroduceanddevelopspecialmethods.Themainideaofthisworkistorepresentthemathematicalmodelofthecontrolobjectintheformofanequivalentinput-outputsysteminthenewcoordinatebasisofmixedvariables,i.e.,combinationsofstatevariables,externaldisturbances,defininginfluencesandtheirderivatives,whichallowstoensuretheconsistencyoftransformeddisturbancesandcompleteobservabilityofthetransformedsystemswithregardtotrackingerrors.Stateobserversofaspecialformandcontrollawsareconstructedintermsoftransformedvariables,whichdoesnotrequireonetoimplementdirectandinversechangesofvariablesinrealtime.Theuseoftheblockprincipleofcontrolforthetrackingproblem,methodsofsystemswithdiscontinuouscontrolsoperatinginaslidingmode,andtheirpre-limitcontinuouscounterpartsinobservationandcontrolproblemsletsusensuretheoperabilityofaclosedsystemwithoutreconfiguringthecontrollerundervariousoperationmodes,makingitinvariantwithrespecttoexternaldisturbancesandvariationsinmodelparametersofthecontrolobjectinawiderange.Inthiswork,weuseanonlinearmodelofasteamturbineinstallationconsistingoftwosubsystems.Onthebasisofthefirstsubsystem,whichincludesaturbine–generatorunitandaprimarycontroller(actuatorforsupplyingsteamtochangethepoweroftheturbine),weimplementalgorithmstocontrolthefrequencyofrotationoftheturbineshaftbychangingtheopeningangleofthecontrolvalve.Asanexternaldisturbance,whichinthisworkisassumedtobeunavailableformeasurement,weconsiderthegeneratorload,andonlytheangularspeedoftheturbineunitandthecorrespondingreferenceinfluencearetobemeasured.Controloverturbinepoweriscarriedoutthroughtheuseoftheaccumulatingcapacitiesoftheboilerandtheintermediatesuperheater.Theprimarycontrollereliminatessmallloaddeviations(1÷4%)withaperiodoflessthanoneminute.Basedonthesecondsubsystemreflectingtheprocessesintheboiler,steampressurecontrolalgorithmsbeforethecontrolvalveareimplementedbychangingthefuelsupplytotheboilerfurnace(secondarycontroller)forlargeandlong-termchangesinload(morethan4%withaperiodofmorethanoneminute).Weshouldalsomentionthevirtualcontroller.Whenworkingonahigh-powernetwork,aseparategeneratorunderaconstantexcitationflowandangularspeedrisingabovethenominalproducesmoreactivepowerandthegeneratorrotorissloweddown,andwhentherotationalspeeddecreases,theactivepowertransmittedtothenetworkdecreasesandthegeneratorrotationfrequencyincreases.Inpractice,thevirtualstabilizingcontrolleristakenintoaccountbyintroducingadeadzoneinasmallneig