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液位信号与给定信号进行比较，再根据其偏差值进行PID运算，发出控制信号，调节电动调节阀的开度大小，从而最终实现液位的控制。PLC控制程序流程图，如图4.5所示。
开始
图4.5 PLC控制程序流程图
双容水箱 电动调节阀开度 PID运算 检测下水箱液位并和 设定值比较 启动水泵 初始化 4.3.2 PLC上PID控制算法的介绍
随着PLC技术不断增强，运行速度不断提高，不断可以完成顺序控制的功能，还可以通过PID指令完成复杂的闭环控制功能。PID指令的功能是进行PID计算，PID指令格式，如图4.6所示[12]。
PID
LOOP EN TBL ENO
图4.6 PID指令格式
当EN有效时，根据PID参数表中的输入信息和组态信息，进行PID运算。PID指令的功能说明如下：
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是回路号，是0～7 的常数。
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（1）TBL是参数表的首地址，是由变量寄存器VB指定的字节型数据；LOOP
（2）在一个应用程序中，最多可用8个PID控制回路，一个PID控制回路只能使用1条PID指令，每个PID控制回路必须使用不同的回路号。
PID指令的回路表及初始化：
为执行PID指令，要对PID参数表进行初始化处理，即将PID参数表中的有关参数，按照地址偏移量写入到寄存器V中。一般是调用一个子程序，在子程序中对PID参数表进行初始化处理。以TBL为首地址的参数表中共包含9个参数，用于进行PID运行的监视和控制。在执行PID指令前，要建立一个PID回路表。PID回路表的格式，如表4.2所示。
表4.2 PID回路表
参数
过程变量PVn 设定值SPn 输出值Mn 增益Kc 采样时间Ts 积分时间Ti
地址偏移量 数据格式
0 4 8 12 16 20
双字，实数
I/O类型 I I I/O I I I
描述
过程变量当前值，0.0～1.0 给定值，0.0～1.0 输出值，0.0～1.0 回路增益，正、负常数 采样时间，单位为s，正数 积分时间常数，单位min，正数
微分时间Td
24
I
微分时间常数，单位min，正数
偏差MX
过程变量前值PVn-1
28 32
I/O I/O
积分项前值，0.0～1.0 最近一次PID运算过程变量值
4.3.4 控制系统的梯形图程序
通过对PLC的学习，可以发现最终要实现系统，是需要有PLC的程序。液位系统的整个自动控制过程都将由PLC程序复杂与保障。下位机PLC编程环境软件为STEP 7-Micro/WIN32，它可以对S7-200的所有功能进行编程。根据整个控制系统的流程将可以很轻松的设计出PLC程序。
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程序设计的主要内容包括：最开始的初始化程序、启功水泵控制程序、PID调用指令、PID的参数设置程序、变送器信号转换成数字量程序、模拟量输出程序和最后的赋值给电动调节阀阀开度信号的程序。这些程序将控制着整个液位系统的运行。
（1）启功水泵控制程序
启功水泵控制程序，如图4.7所示。这部分程序负责水泵的启动功能，I0.1是水泵启功信号；I0.0是手动和自动信号，为常闭触点；I0.2代表水泵停止工作，也是常闭触点；I0.3则是指水泵的热继，负责保护电机的，常闭触点。
图4.7 启功水泵控制程序
（2）PID指令调用程序
启功水泵控制程序，如图4.8所示。这是PID的调用指令，图中TAL是回路表的起始地址，选择的地址为VB500，因此后边PID中涉及到的回路地址将从VB500开始；LOOP是回路号，填写“0”即可。
图4.8 PID调用指令
（3）变送器信号转换成数字量程序
变送器信号转换成数字量程序，如图4.9所示。通过对控制方案的设计，下水箱装有一个压力变送器，变送器输出4-20mA,这个信号将送入PLC，通过PID运算，最后用于调节调节阀，这段程序的目的就是将变送器送来的4-20mA的信号进行处理，转换成6400-32000的数字量。图中AIWO为下水箱液位信号，就是变送器送到PLC的信号；最后一个梯形图中的0.5表示是变送器的量程范围。最后输出的数字量值赋给了VD212，这个数值将进行PID运算。
图4.9 变送器信号转换成数字量
（4）初始化程序
初始化程序，如图4.10所示。
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图4.10 PID初始化
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（5）PID参数设置程序
PID参数设置程序，如图4.11所示。图中输出的VD500-VD524均为回路表地址。
图4.11 PID参数设置
（6）模拟量输出调节阀控制信号程序
模拟量输出调节阀控制信号程序，如图4.12所示。通过上述程序和查看回路表，可以知道图中的VD220代表的是输出值；由于调节阀接受的是4-20mA的信号，因此最后的地址改成字地址VW304。
图4.12 模拟量输出调节阀控制信号
（7）赋值给电动调节阀开度信号程序
赋值给电动调节阀开度信号程序，如图4.13所示。图中的AQW0即为电动调节阀开度信号。
图4.13 赋值给电动调节阀开度信号
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5 基于MCGS的上位机监控软件设计
5.1 在MCGS组态环境下的工程组态流程
5.1.1 主控窗口设计
主控窗口是工程的主窗口或主框架,是所有设备窗口和用户窗口的父窗口。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。并调度用户策略的运行。同时，主控窗口又是组态工程结构的主框架，可在主控窗口内建立菜单系统，创建各种菜单命令，展现工程的总体概貌和外观，设置系统运行流程及特征参数，方便用户的操作。在MCGS单机版中，一个应用系统只允许有一个主控窗口，主控窗口是作为一个独立的对象存在的，其强大的功能和复杂的操作都被封装在对象的内部，组态时只需对主控窗口的属性进行正确地设置即可[3]。
主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。主控窗口组态结构图,如图5.1所示。