第1章　概述

1.1　控制阀在工业生产过程控制中的作用

1.1.1　控制系统的基本组成

（1）人工控制

以图1-1所示液位控制为例，说明人工控制的有关概念。液位是工艺需要控制的变量，操作员根据液位高低调节排放阀的开度，使液位保持在工艺所需的高度。人工控制的过程如下。

图1-1　人工控制

①操作员用眼睛观测容器液位，经神经系统传到大脑。

②大脑对液位观测值与工艺期望值进行比较，经分析和判别，发出控制指令。

③根据大脑发出的控制指令，操作员通过手操纵阀门，改变阀门开度，使排出流量变化。

④反复上述步骤，使液位维持在期望值。

（2）自动控制

因为现代工业生产过程需要控制的温度、压力、流量等参数成百上千，人工控制难以满足现代工业生产过程的要求，存在劳动强度大，控制精度低、响应时间长等缺点。各种自动控制系统模拟人工控制的方法，用仪表、计算机等装置代替操作员的眼、大脑、手等的功能，实现对生产过程的自动控制。简单控制系统包含检测元件和变送器、控制器、执行器和被控对象等。图1-2是简单控制系统的框图。

图1-2　简单控制系统的框图

检测元件和变送器（Sensor and Transmitter）用于检测被控变量，将检测信号转换为标准信号。例如，热电阻将温度变化转换为电阻变化，温度变送器将电阻或热电势信号转换为标准的气压或电流、电压信号等。

控制器（Controller）将检测变送环节输出的标准信号与设定值信号进行比较，获得偏差信号，按一定控制规律对偏差信号（Error Signal）进行运算，运算输出送执行器。控制器可用模拟仪表实现，也可用微处理器组成的数字控制器实现，例如，DCS（分布控制系统）和FCS（现场总线控制系统）中采用的PID控制功能模块等。

执行器（Actuator）处于控制环路的最终位置，也称为最终元件（Final Control Element）。执行器用于接收控制器的输出信号，并控制操纵变量变化。在大多数工业生产过程控制的应用中，执行器采用控制阀。其他执行器有计量泵、调节挡板等。近年来，随着变频调速技术的应用，一些控制系统已采用变频器和相应的电动机（泵）等设备组成执行器。本书介绍控制阀的有关内容，不讨论变频器和其他执行器。

生产过程（被控对象）的负荷变化或者操作条件改变时，通过检测元件和变送器的检测和变送，将过程的被控变量送控制器，经控制规律运算后的输出送执行器，改变过程中相应的流体流量，使被控变量与设定值保持一致。可见，检测元件和变送器的作用类似于人的眼睛，控制器的作用类似于人的大脑，执行器的作用类似于人的手脚。

与人工控制的控制过程类似，当系统受到干扰影响时，用检测变送仪表检测过程的被控变量信号（模拟人眼的功能），控制器将检测变送信号与设定值比较，按一定控制规律对其偏差值进行运算（模拟人脑的功能），并输出信号驱动执行机构改变操纵变量（模拟人手的功能），使被控变量回复到设定值。