31、实践控制主题的虚拟实现与工程学位学习风格演变研究

实践控制主题的虚拟实现与工程学位学习风格演变研究

1. 实践控制主题的虚拟实现

在实践控制领域，Node - RED和Factory I/O的结合为在线实验室实践教学提供了有效的解决方案。

1.1 通信与应用

Node - RED和Factory I/O之间的通信涉及多种协议栈，如MQTT、Modbus TCP、HTTP、UDP等，同时还有不同的场景驱动，包括OPC Client、Modbus TCP、Control I/O、Siemens LOGO等。这些通信方式和驱动为两者之间的数据交互提供了基础。

1.2 PID控制

当前水箱液位工厂的控制系统原本基于Matlab/Simulink开发的比例 - 积分 - 微分（PID）控制器。Matlab/Simulink虽然是强大的仿真软件，但在工业通信接口方面存在局限性。而Node - RED有预定义的节点来实现PID控制算法以及通信接口节点，能将通信和控制集成到同一软件套件中。
具体操作步骤如下：
1. PID控制节点通过输入接收设定点和过程值，通过输出发送控制信号。
2. 利用Modbus TCP接口交换Factory I/O场景中的过程值和Node - RED的PID控制信号，从而实现控制回路的闭合，并在单台计算机上运行该过程。

1.3 可视化、分析与结果

在控制回路闭合后，Factory I/O创建的虚拟工厂的运行情况可以实时显示。在此之前，需要完成以下操作：
1. 运行Node - RED和Factory I/O两个应用程序。
2. 配置通信接口参数，包括为每个应用程序设置自己的IP地