第1章　概述

1.1　控制閥在工業生產過程控制中的作用

1.1.1　控制系統的基本組成

（1）人工控制

以圖1-1所示液位控制為例，說明人工控制的有關概念。液位是工藝需要控制的變量，操作員根據液位高低調節排放閥的開度，使液位保持在工藝所需的高度。人工控制的過程如下。

①操作員用眼睛觀測容器液位，經神經系統傳到大腦。

②大腦對液位觀測值與工藝期望值進行比較，經分析和判別，發出控制指令。

③根據大腦發出的控制指令，操作員通過手操縱閥門，改變閥門開度，使排出流量變化。

④反復上述步驟，使液位維持在期望值。

（2）自動控制

因為現代工業生產過程需要控制的溫度、壓力、流量等參數成百上千，人工控制難以滿足現代工業生產過程的要求，存在勞動強度大，控制精度低、響應時間長等缺點。各種自動控制系統模擬人工控制的方法，用儀表、計算機等裝置代替操作員的眼、大腦、手等的功能，實現對生產過程的自動控制。簡單控制系統包含檢測元件和變送器、控制器、執行器和被控對象等。圖1-2是簡單控制系統的框圖。

檢測元件和變送器（Sensor and Transmitter）用于檢測被控變量，將檢測信號轉換為標準信號。例如，熱電阻將溫度變化轉換為電阻變化，溫度變送器將電阻或熱電勢信號轉換為標準的氣壓或電流、電壓信號等。

控制器（Controller）將檢測變送環節輸出的標準信號與設定值信號進行比較，獲得偏差信號，按一定控制規律對偏差信號（Error Signal）進行運算，運算輸出送執行器。控制器可用模擬儀表實現，也可用微處理器組成的數字控制器實現，例如，DCS（分布控制系統）和FCS（現場總線控制系統）中采用的PID控制功能模塊等。

執行器（Actuator）處于控制環路的最終位置，也稱為最終元件（Final Control Element）。執行器用于接收控制器的輸出信號，并控制操縱變量變化。在大多數工業生產過程控制的應用中，執行器采用控制閥。其他執行器有計量泵、調節擋板等。近年來，隨著變頻調速技術的應用，一些控制系統已采用變頻器和相應的電動機（泵）等設備組成執行器。本書介紹控制閥的有關內容，不討論變頻器和其他執行器。

生產過程（被控對象）的負荷變化或者操作條件改變時，通過檢測元件和變送器的檢測和變送，將過程的被控變量送控制器，經控制規律運算后的輸出送執行器，改變過程中相應的流體流量，使被控變量與設定值保持一致。可見，檢測元件和變送器的作用類似于人的眼睛，控制器的作用類似于人的大腦，執行器的作用類似于人的手腳。

與人工控制的控制過程類似，當系統受到干擾影響時，用檢測變送儀表檢測過程的被控變量信號（模擬人眼的功能），控制器將檢測變送信號與設定值比較，按一定控制規律對其偏差值進行運算（模擬人腦的功能），并輸出信號驅動執行機構改變操縱變量（模擬人手的功能），使被控變量回復到設定值。