低代码控制器仿真实验教程（六）：过零检测
基于低代码控制器和Simulink的过零检测仿真实验教程发布。
1、实验目的
基于Simulink官方的过零检测仿真案例，采用低代码控制器代替其中的开关模块，选择输出信号，实现硬件在环仿真。
2、实验模型
本实验原始模型来自于Simulink官方的房屋温度控制模型，官网给出了该模型原理的详细介绍（https://ww2.mathworks.cn/help/simulink/slref/accurate-zero-crossing-detection.html），在MATLAB命令行窗口中输入命令：openExample('simulink_general/sldemo_zeroxingExample')可打开该模型，如下图所示：
采用低代码控制器代替开关模块进行过零检测时，将开关模块替换为S-函数，在S-函数中实现与低代码控制器通信功能，修改后的模型如下图所示：
3、实验步骤
低代码控制器的特点在于不需要对控制器进行代码的编写，只要在excel文件之中进行测点配置、通信通道和AOE配置就可以实现相应的控制。
3.1、编写低代码控制器配置文件
低代码控制器文件配置分为三个部分：测点配置、通信通道配置和AOE配置。测点配置用于配置控制器输入和输出信号点的参数，本案例中需要的信号是输入的正弦信号绝对值、按时间生成的过零信号，通信通道的配置是为了将控制器与simulink仿真模型建立modbus通信，实现仿真模型与控制器的信息交互，而AOE配置是建立AOE模型网络来实现所需的控制逻辑和功能。
3.1.1、测点配置
测点配置表格的内容包含了测点的点号、名称、别名、是否离散、是否是计算点以及默认值等。点号是程序里给这个测点的编号，可以自己定义，使用时，测点与通信通道的点号一一对应完成对接。别名是英文字母与下划线组合使用，可以当做变量名用于AOE表格里表达式的书写，使之可以不用点号来表达，使得表达式的意思表达得更加清楚。本案例测点配置如下图所示：
3.1.2、通信通道配置
低代码控制器通过Modbus协议与Simulink进行通信。由于Matlab仅有Modbus客户端功能，因此需要将低代码控制器配置为Modbus服务端，如下图所示，其中通道数量为1，服务端口需设置为未占用端口。
然后对客户端信息和测点信息等进行配置，如下图所示：
3.1.3、AOE配置
本案例中AOE文件配置内容分为三个部分。
AOE网络声明
AOE网络声明部分，定义了表格之中的AOE网络个数和整体信息以及一些变量的初始值。其中触发条件分为三类：SimpleRepeat（定时触发，需要自行设定定时时间）、TimeDriven（时间驱动）、EventDriven（事件驱动）；变量的定义方式为：<变量名1>:<初值1>;<变量名2>:<初值2>;…。
本案例中的AOE网络声明如下所示：
控制器的作用是实现过零检测，所以名称定为过零检测，触发条件设置为事件控制。变量初始值定义了过零比较值threshold为0.5。
AOE节点声明
节点类型分为Switch和Condition两类，其中Switch节点为二分支逻辑判断，触发逻辑为：表达式为真时，该节点序号为1的边进行动作；表达式为假时，序号为2的边进行动作。当Switch节点为AOE网入度为0的节点（首节点）时，Switch节点直接触发，若超时时间内表达式为真，则执行动作1，为假或者发生超时事件执行动作2；Condition节点的表达式为事件触发条件，超时时间内表达式为真，则节点事件发生，该节点出发的所有动作并行执行。
本案例的控制逻辑可以用AOE网表示如下：
对应上图需要定义的节点有3个，节点声明如下所示：
第一个节点是simulink通信事件节点，为事件触发类型，当DoCal_POINT>0.5时，也就是测点11输出1，表示允许控制器计算时，该节点被触发，进入运算流程。
第2个节点是逻辑判断节点，对于设定值进行大小比较判断开关控制信号是否大于threshold，也就是测点7的值是否大于0，完成逻辑判断后根据结果进入两条不同动作的边：判断结果为真执行第1条边，否则执行第2条边，边的顺序是就是文件里面定义的顺序。
最后一个节点是结束节点，是事件触发类型，当所有的计算步骤都完成，信号传输后，进入结束节点，计算结束，并将DoCal_POINT的数值改为0，等待下一次通信之后，开始计算。超时时间定为100ms，因为需要DoCal_POINT置0再让AOE执行过程结束，防止AOE被反复触发。
AOE边声明
边需要声明首尾节点，格式为：<尾节点ID>;<首节点ID>。边的方向为：尾节点→首节点。边的动作类型有：None、SetPoints、Solve、Milp、SimpleMilp、Nlp。其中，SetPoints除了对测点设值之外，还可以进行变量定义和计算，动作参数分为数字量和模拟量；Solve为求解方程Ax=b；Milp为混合整数线性规划问题求解；Nlp为非线性规划问题求解。
本案例中的AOE边声明如下图所示：
本实验中的边声明的动作类型是SetPoints，SetPoints类型的动作边在连接节点的同时还需要进行动作。接下来简单介绍每条边的动作：
- 连接第1和第2节点的边：动作名称：aoe触发测点复位，需要在这个边的动作上将DoCal_POINT置0，防止循环结束时还未置0导致网络再触发。
- 连接第2和第3节点的边：动作名称：输出正弦波绝对值，动作类型为SetPoints，当第2个节点判断为真的时候，需要输出三组输出信号的绝对值，
- 连接第2和第3节点的边：动作名称：输出正弦波限幅值，动作类型为SetPoints，当第2个节点判断为假的时候，需要输出三组输出信号的限幅值。
3.1.4、配置文件存储
在excel表格中编写完成之后，将表格另存为.csv格式（纯文本形式存储表格数据）文件供低代码控制器使用。
3.4、编写Simulink与控制器通信程序
打开Simulink模型中S-函数的源文件，将S-函数的输入信号数量设置为2、输出信号数量设置为1，采样时间，采样时间设置为0.01（每仿真10ms与控制器通信一次）。添加建立Modbus通信的命令，其中需要服务端ip和端口参数：
添加温度设定值、温度测量值、读取控制指令程序：
3.5、低代码控制器配置与运行
将控制器电源线与电源相连，打开电源开关，再用网线将控制器与计算机连接，就可以使用。
利用发现工具获得控制器ip，如下图所示：
当控制器启动并接入计算机，被计算机发现后，可以得到如下界面（打开一个浏览器，并输入控制器地址也可以得到如下界面）。
点击界面中控制器id，进入控制器配置界面，选择并导入.csv已编写好的测点、通道和AOE配置文件，点击界面中的“reset”即可保存配置并运行控制器。
3.6、运行仿真
先运行低代码控制器，再运行Simulink模型，进行仿真。得到的利用低代码控制器的输出信号与原模型十分接近。
由该仿真实验可以看出，使用低代码控制器并不需要繁复的程序代码编写，只需要编写测点配置、通信通道配置和AOE配置文件就可以实现通信和控制功能，与目前常用的其他控制器相比，更方便于非编程技术背景人员的应用。
附件：配置文件和仿真模型
SGOOL团队
2021年12月30日
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