随着工业4.0的提出,工业工艺流程的规范化和数字化,数字化工厂已成为工业发展的必然趋势,本文以液位控制系统为例,研究了数字化工厂涉及的虚拟建模、分布式数据采集、虚拟控制等关键技术。主要工作如下:通过分析双容水箱的物理规律,结合双容水箱的结构特点,分别建立系统中变频水泵、双容水箱的数学模型,然后将模型参数引入虚拟水箱对象的动态属性,完成整个双容水箱系统的虚拟建模,并对虚拟模型和实际水箱系统施加同样的输入,测得输出值的误差为±5%,验证了虚拟水箱系统模型的有效性。通过Rockwell公司的三层网络Netlinx架构中的IntherNet/IP与Devicenet网络,采集双容水箱系统中流量、液位、压力等数值,设计了人机界面,完成对双容水箱系统分布式数据的采集,通过对比实测值与理论值,验证了采集系统的有效性。采用基于双容水箱体积物质的量的切换控制、双容水箱液位Smith预估控制和双容水箱液位串级控制方案对虚拟水箱液位进行控制。通过分析虚拟控制下的响应曲线,验证了虚拟控制方案的有效性。通过在搭建的虚拟液位控制平台,分别对提出的虚拟建模、分布式数据采集和虚拟与实际系统的交互控制实验验证,分析实际液位系统响应曲线的控制效果,并与虚拟液位控制方案的响应曲线作对比,结果表明基于物质的量的切换控制方案较好,实际的响应曲线与虚拟的曲线误差在5%内。进一步验证了虚拟控制方案的可行性。虚拟控制能够在实际液位控制器中实现,实际控制中出现的问题反过来可以促进虚拟控制方案的优化,完成了虚拟与实际的交互控制。