毕业论文（设计）
第三章液位控制系统软件设计
§ 3.2程序设计流程图
根据实验室水箱的硬件组成，设计水箱水位控制系统的PLC控制流程图如下图3-1所示：
图3-1 液位控制系统液位控制流程图
其中，出水口阀门可开大开小，但最大不能大于进水量最大值，否则水箱的液位无法保持稳定（一直下降），这种情况在实际水塔液位控制过程中表现在用户用水量过大时水塔中的水量持续下降，此时会启动备用水泵加大液位控制力度，由于本闭合硬件有限，此处不做讨论。
§ 3.3 PLC中PID控制器的实现
PID(ProPortiona1IntegralDerivative)是工业控制常用的控制算法， 无论在温度、流量等慢变化过程，还是速度、位置等快速变化的过程，都可以得到很好的控制效果。PID控制算法一般由【比例项+积分项+微分项】组成，它们的作用分别是：比例用于达到控制器设定值；积分项的作用是消除系统静差；微分项则改善系统的动态响应速度。
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3.3.1 PID算法
运行速度不断提高;不但可以完成顺序控制的功能，还可以PLC技术不断增强，
完成复杂的闭环控制。如图3-2是常见闭环控制系统的构成。
图3-2 闭环控制系统
在自动控制系统中，用来对误差进行放大、积分、微分等处理的装置称为“调
“放大”、“积分”、“微分”节器”，当调节器具有功能时，即成为PID调节器。
在变频恒压供水自动控制系统的产品开发和应用实践中，经常采用PID控制
器、软件PID以及变频器内置PID来实现系统的PID调节功能，三种方法各具优缺点，本设计选用PID算法的PLC实现方法。
3.3.2 PLC实现PID控制的方式
用PLC对模拟量进行PID控制时，可以采用以下几种方法： (1)使用PID过程控制模块。
这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需设置一些参数，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路，但是这种模块的价格较高，一般在大型控制系统中使用。
(2)使用PID功能指令。
现在很多PLC都有供PID控制用的功能指令，如S7-300的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序，与模拟量的输入/输出模块一起使用，可以得到类似于是用PID过程控制模块的效果，但是价格便宜得多。
(3)用自编的程序实现PID闭环控制。 有的PLC没有PID过程控制模块和PID控制用的功能指令，有时虽然可以使用
但希望采用某种改进的PID控制算法。在上述情况下都需要用户编PID控制指令，
制PID控制程序。
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3.3.3 连续调节器FB41的使用
本设计采用西门子PLC的库功能块FB41作为系统的PID调节器。
连续调节器FB41用于在SIMATIC S7可编程控制器上，控制带有连续输入和输
出变量的工艺过程。
从“库”或是“别的项目”中找到功能块FB41，并将其复制到本项目的blocks文件夹下，如图3-3和图3-4所示为本次实验所需的各种块。功能块(FB)通常要配合背景数据块(DB)使用，创建数据块DB1并使其为FB41的背景数据块，即一个存储FB41子程序中各种变量的地址空间。
图3-3 背景数据块DB1的创建
图3-4本次实验所需“块”
从“库”中找到FB41和SFB41两个功能块，并为其创建背景数据块DB1和
DB2，从OB1的调用中可以看出，这个SFB41是针对集成式CPU 314使用的，在本系统中调用它CPU会报错。所以本设计调用FB41并配合DB1使用。
图3-5 在OB1中调用FB41和SFB41比较
功能块FB41实质为一个子程序，在组织块(OB1或OB35)中调用，为实现内部
功能和外部信息交互，它必然包含一些变量，按图3-6方式生成的背景数据块便是
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这些变量的一个集合。
图3-6 FB41的背景数据块DB1中部分变量
功能块FB41为系统提供，一般不能打开来查看其程序结构，但在使用手册中
给出了其内部功能实现结构。
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图3-7 FB41的内部结构
本设计中需要用到FB41的以下变量：
控制位：COM_RST(置1功能块重启)、MAN_ON(置0)、PVPER_ON(置0)、
P_SEL(比例作用选择)、 I_SEL(积分作用选择)、D_SEL(微分作用选择) 参数：GAIN(比例增益)、TI(积分时间)、TD(微分时间)、CYCLE(采样周期与0B35周期一致)
变量：控制量给定值、控制量反馈值、控制作用输出。
§ 3.4系统软件设计
基于保持液位控制系统液位动态稳定的目的，并结合PLC内部设定规则，设计出系统的软件
对于液位控制，将PID控制周期设置为200ms，整个程序可以在OB1中写，将FB41的“CYCLE”设置为200ms；或在OB35中写，将FB41的“CYCLE”和OB35的中断周期都设置为200ms，本设计采用第二种方式。
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