在工业生产、给排水、食品饮料等众多领域，液位的精准控制直接关系到产品质量、设备安全以及能源消耗。传统的开关量控制往往存在频繁启停、 overshoot（超调）和欠调等问题，而引入 死区（Deadband）、 延时保护、干抽保护 等功能的功能块（FB）则能够在保证液位稳定的同时，大幅降低机械磨损和能源浪费。

本文将以一段典型的 FB_LevelControl（液位控制功能块）为例，逐行解读其结构与工作原理，并探讨其在实际项目中的应用场景、可扩展方案以及使用心得，帮助 PLC 工程师快速上手并进行二次开发。

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程序代码及介绍

1.1

完整功能块代码

下面是完整的 PLC 程序代码(代码基于 CodeSys 平台的 ST 语言)：

FUNCTION_BLOCK FB_LevelControl
VAR_INPUT    
    level : REAL;              // 当前液位(0-100%)    
    setpoint : REAL;           // 设定液位(0-100%)    
    deadband : REAL;           // 死区宽度    
    highAlarmLevel : REAL;     // 高报警液位    
    lowAlarmLevel : REAL;      // 低报警液位   
    pumpStartDelay : TIME;     // 泵启动延时    
    pumpStopDelay : TIME;      // 泵停止延时    
    dryRunProtection : BOOL;   // 干抽保护使能    
    lowLevelSwitch : BOOL;     // 低液位开关    
    manualMode : BOOL;         // 手动模式    
    manualPumpCommand : BOOL;  // 手动泵命令    
    resetAlarms : BOOL;        // 报警复位
END_VAR
VAR_OUTPUT    
    pumpOutput : BOOL;         // 泵控制输出    
    highAlarm : BOOL;          // 高液位报警    
    lowAlarm : BOOL;           // 低液位报警    
    dryRunAlarm : BOOL;        // 干抽报警    
    controlMode : STRING;      // 控制模式显示
END_VAR
VAR    
    pumpState : BOOL;          // 内部泵状态（TRUE=运行）    
    startTimer : TIME;         // 启动延时计时器    
    stopTimer : TIME;          // 停止延时计时器    
    lastLowLevel : BOOL;       // 上一次低液位开关状态    
    dryRunTimer : TIME;        // 干抽保护计时器
END_VAR
// 报警复位
IF resetAlarms THEN    
    highAlarm := FALSE;    
    lowAlarm := FALSE;    
    dryRunAlarm := FALSE;
END_IF;
// 手动模式
IF manualMode THEN    
    pumpOutput := manualPumpCommand;    
    controlMode := 'MANUAL';    
    // 手动模式下的保护    
    IF dryRunProtection AND lowLevelSwitch AND manualPumpCommand THEN        
        dryRunTimer := dryRunTimer + T#10ms;        
        IF dryRunTimer > T#5s THEN  // 干抽5秒报警            
            dryRunAlarm := TRUE;            
            pumpOutput := FALSE;        
        END_IF;    
    ELSE        
        dryRunTimer := T#0s;    
    END_IF;    
    RETURN;
END_IF;
controlMode := 'AUTO';
// 液位报警
highAlarm := level > highAlarmLevel;
lowAlarm := level < lowAlarmLevel;
// 干抽保护
IF dryRunProtection AND lowLevelSwitch AND pumpState THEN    
    dryRunTimer := dryRunTimer + T#10ms;    
    IF dryRunTimer > T#5s THEN        
        dryRunAlarm := TRUE;        
        pumpState := FALSE;    
    END_IF;
ELSE    
    dryRunTimer := T#0s;    
    IF NOT lowLevelSwitch THEN        
        dryRunAlarm := FALSE;    
    END_IF;
END_IF;
// 液位控制逻辑
IF level < (setpoint - deadband/2) THEN    
    // 液位低于下限，需要启动泵    
    IF NOT pumpState THEN        
        startTimer := startTimer + T#10ms;        
        IF startTimer >= pumpStartDelay THEN            
            pumpState := TRUE;            
            startTimer := T#0s;        
        END_IF;    
    END_IF;
ELSIF level > (setpoint + deadband/2) THEN    
    // 液位高于上限，需要停止泵    
    IF pumpState THEN        
        stopTimer := stopTimer + T#10ms;        
        IF stopTimer >= pumpStopDelay THEN            
            pumpState := FALSE;            
            stopTimer := T#0s;        
        END_IF;    
    END_IF;
ELSE    
    // 在死区内，保持当前状态    
    startTimer := T#0s;    
    stopTimer := T#0s;
END_IF;
// 低液位开关保护
IF lowLevelSwitch THEN    
    pumpState := FALSE;
END_IF;
// 输出泵状态
pumpOutput := pumpState;
// 更新低液位状态
lastLowLevel := lowLevelSwitch;

1.2

逐段解读

通过上述结构，该 FB 集成了 死区控制、延时防抖、干抽保护、手/自切换、报警复位 五大核心功能，能够在多数液位调节场景下提供安全、平稳的控制表现。

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应用场景

给排水泵站  水位波动大，泵易频繁启停导致电机过热。  死区 + 启停延时抑制频繁动作；低位开关干抽保护防止泵空转。

锅炉給水系统  需要严格维持锅炉内水位在安全范围，否则可能造成干烧或过压。  高/低报警阀值可直接对应锅炉安全限值；干抽保护再增加一层防护。

食品饮料罐体配料 配料罐液位必须保持在目标范围，过高会导致溢出，过低影响配料比例。死区确保液位在目标附近稳定；手动模式便于调试配方；报警可联锁后道工序。

化工反应釜 反应物加料液位波动会影响反应速率和产物质量。 可根据反应釜的惯性时间调节 pumpStartDelay/StopDelay，使液位变化更平缓。

废水处理污泥浓缩 污泥浓缩罐液位过低易造成泵吸空，过高易导致溢流。  低位开关直接切断泵；高位报警可触发旁路或报警值班。

简而言之，只要涉及 液位维持、泵启停、防干抽、报警联锁 的场合，此功能块都能直接套用或稍作参数调整即可满足需求。

3

拓展思考

1. 多泵轮切（泵组控制）
   目前 FB 仅控制单泵。若要实现 N+1 冗余 或 负载均衡，可以在外部添加一个顺序控制逻辑：根据泵运行时间、故障标志或液位趋势来选择下一台启动的泵。此时 FB 仍可作为每台泵的底层驱动，仅需把 pumpOutput 映射到对应的物理输出。

2. 自适应死区
   在某些工艺中，液位的惯性随流量、温度、粘度变化而变化。可以引入一个 自适应算法（如基于最近几分钟的液位斜率），动态调整 deadband 的大小，以在工况变化时仍保持良好的控制性能。

3. 故障诊断与预测性维护
   利用 startTimer、stopTimer、dryRunTimer 等计时器的累计值，可判断泵的启停频率和运行时长。异常升高的启停次数可能暗示传感器噪声或阀门卡滞；长时间的干抽计时器则提示低位开关或液位传感器失效。这些数据可上传至 SCADA 进行趋势分析和维护提醒。

4. 与模型预测控制（MPC）结合
   对于对动态响应要求极高的系统（如精密实验室配料），可把此 FB 作为 底层安全互锁层，而在其上层运行一个基于模型的预测控制器，由 MPC 给出理想的 setpoint 和 deadband 参数，FB 负责确保在任何极端工况下泵不会因为控制器失效而导致设备损坏。

5. 跨平台移植
   该 FB 采用纯 ST 语言，几乎所有主流 PLC（Siemens S7、Rockwell Automation、Beckhoff、三菱等）均可直接编译。如需迁移到 IEC 61131‑3 以外的环境（如 Arduino、树莓派 + Real‑time Linux），只需把 TIME 类型换成毫秒计数器，其余逻辑保持不变。

本文通过对 FB_LevelControl 完整代码的逐行解读，展示了一个兼具 死区控制、延时防抖、干抽保护、手自切换及报警复位 的液位调节功能块。它在结构上清晰、参数易调、安全防护全面，能够直接投入到给排水、锅炉、食品饮料、化工等多种液位控制场景中。

文章进一步指出了该 FB 在 多泵轮切、自适应死区、故障诊断、模型预测控制 等方面的扩展潜力，为工程师在实际项目中进行二次开发提供了思路与方向。

掌握此类功能块的设计思想，不仅能提高系统的可靠性和能效，还能为后续更复杂的过程控制奠定坚实的基础。希望本篇文章能成为您在 PLC 编程道路上的得力助手，祝您编码顺利、系统稳定！