數(shù)字化時代工業(yè)通信與識別技術和應用
定 價：139 元
叢書名：西門子工業(yè)自動化技術叢書
- 作者：吳博劉姝琦
- 出版時間：2023/7/1
- ISBN：9787111729211
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TN915
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
在制造型企業(yè)數(shù)字化轉型的進程中，企業(yè)的各業(yè)務系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信的速度和質量是數(shù)字化轉型的重要組成部分，數(shù)字化企業(yè)需要從分級分層、縱深防御、智慧互聯(lián)、遠程運維、網(wǎng)絡管理等多個維度，綜合業(yè)務的需求建設工業(yè)網(wǎng)絡，這需要建設者具備專業(yè)的知識和能力。
本書由西門子（中國）有限公司數(shù)字化互聯(lián)與電源部門的各位資深技術工程師撰寫，從工業(yè)通信、工業(yè)識別與實時定位的技術、產(chǎn)品和典型應用多個維度，結合多年的項目實踐經(jīng)驗，系統(tǒng)地為讀者呈現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡、識別和定位技術的原理、常見功能組態(tài)、標準方案等，并力圖闡述工業(yè)5G、邊緣計算等創(chuàng)新技術，使讀者能夠系統(tǒng)而快速地學以致用，在數(shù)字化的浪潮中從容應對。
本書適合從事工業(yè)通信的工程師、從事工業(yè)控制且希望拓展通信技術的工程師、工業(yè)網(wǎng)絡的設計和維護者，以及高等院校相關專業(yè)的師生閱讀。相信本書能夠成為讀者手邊頗有價值的參考書籍。
我國數(shù)字經(jīng)濟的快速發(fā)展，對經(jīng)濟社會和民生的影響程度越來越深，推動著生產(chǎn)、生活方式發(fā)生深刻的變革。尤其是在國家“十四五”規(guī)劃中，特別將“加快數(shù)字化發(fā)展、建設數(shù)字中國”單列成篇，提出“以數(shù)字化轉型整體驅動生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式變革”，為新時期數(shù)字化轉型指明了方向。以數(shù)據(jù)資源為關鍵要素，以現(xiàn)代信息網(wǎng)絡為主要載體，以信息通信技術融合應用、全要素數(shù)字化轉型為重要推動力的數(shù)字經(jīng)濟，正在成為很多地區(qū)的重點戰(zhàn)略方向，由此也帶來很多企業(yè)的數(shù)字化轉型需求。
企業(yè)的數(shù)字化轉型建立在高度發(fā)達的自動化和信息化基礎之上，西門子公司作為深耕自動化領域多年的行業(yè)領先者，具備全集成自動化（TIA)體系架構。在TIA系統(tǒng)中，體現(xiàn)了技術和業(yè)務流程的標準層級，現(xiàn)場層設備如分布式I/O、RFID、RTLS（實時定位系統(tǒng)）、智能儀表、電源等處在第一級，控制系統(tǒng)如PLC、CNC（計算機數(shù)控）等處在第二級，操作系統(tǒng)如SCADA（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、DCS（集散控制系統(tǒng)）、NMS(網(wǎng)絡管理系統(tǒng)）等處在第三級，制造管理系統(tǒng)如MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）等處在第四級，而隨著各種云服務和IoT（物聯(lián)網(wǎng)）平臺在工業(yè)中應用范圍的擴大，典型的層級模型已經(jīng)擴展到第五級，包括如Mindsphere、Edge APP、Digital Twin（數(shù)字孿生）等。在TIA工業(yè)網(wǎng)絡架構中，各層級之間的數(shù)據(jù)通信應用最廣的是各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如Profinet，支撐各層級間以及系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信。
數(shù)字化企業(yè)需要一套綜合了互聯(lián)互通、快速恢復、網(wǎng)絡安全、靈活擴展等多個因素的網(wǎng)絡架構，網(wǎng)絡的設計需要考慮分級分層、鏈路冗余、縱深防御、智慧互聯(lián)、遠程運維、網(wǎng)絡管理等多個維度。
各種業(yè)務系統(tǒng)、數(shù)字化應用APP、云服務、低代碼APP等實時地與生產(chǎn)現(xiàn)場的控制器和智能設備進行通信，以獲取數(shù)據(jù)、發(fā)送指令，這使得IT和OT之間的互通性、交互性更強，傳統(tǒng)的IT和OT各自獨立的網(wǎng)絡架構顯然無法適應這種發(fā)展，IT/OT融合的網(wǎng)絡架構才能滿足需求，但作者根據(jù)多年的從業(yè)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，從IT角度出發(fā)建設工廠的OT生產(chǎn)網(wǎng)絡并不能滿足生產(chǎn)的需求，如實時性、安全性、高靈活性、可擴展性等，只有從OT的需求出發(fā)建設的網(wǎng)絡才能滿足生產(chǎn)需求，只有高度集成化的網(wǎng)絡通信才能夠支持企業(yè)數(shù)字化轉型。同時，在工業(yè)網(wǎng)絡的建設中，除了要考慮各業(yè)務系統(tǒng)間的互聯(lián)外，還必須考慮信息安全，以便實現(xiàn)安全可控的系統(tǒng)應用。
西門子公司在工業(yè)通信和識別領域擁有幾十年的發(fā)展歷程，具備全系列工業(yè)通信產(chǎn)品，以及使現(xiàn)場設備實現(xiàn)智能化的工業(yè)識別和定位產(chǎn)品，在多個行業(yè)（如汽車、冶金、制藥、物流、化工等）積累了非常多的應用案例，致力于為工業(yè)客戶實現(xiàn)IT/OT融合、構建數(shù)字化轉型提供支持和保障。面向未來，西門子公司在關鍵創(chuàng)新技術(如工業(yè)5G、TSN、云連接、網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡安全等)方面做出了多項創(chuàng)新，不斷地推出更多的新產(chǎn)品和解決方案，滿足工業(yè)客戶在構建全連接工廠方面的需求。
總之，為了滿足工業(yè)客戶數(shù)字化轉型的需要，建設穩(wěn)定可靠、可擴展的工業(yè)網(wǎng)絡架構是重中之重，而高質量的網(wǎng)絡設備、豐富的行業(yè)經(jīng)驗和解決方案、專業(yè)的服務和培訓是支撐架構的重要因素。作者發(fā)現(xiàn)，很多行業(yè)客戶對于工業(yè)網(wǎng)絡建設還停留在初級的認識階段，重視不足，設計和使用人員也不具備豐富的網(wǎng)絡通信的基礎知識和項目經(jīng)驗，自行設計的網(wǎng)絡架構往往無法滿足業(yè)務需要，導致通信成為阻礙數(shù)據(jù)交互的瓶頸，甚至頻繁出現(xiàn)斷網(wǎng)等事故而影響生產(chǎn)，給企業(yè)數(shù)字化轉型帶來了挑戰(zhàn)。
本書致力于從應用的角度出發(fā)，向讀者闡釋原理、分享西門子工業(yè)通信與識別產(chǎn)品的典型應用和配置方案，幫助讀者學以致用，幫助企業(yè)培養(yǎng)專業(yè)人才。
劉姝琦
2023年5月
序
Preface
前言
第1章工業(yè)網(wǎng)絡基礎原理和技術 1
1 .1OSI參考模型和協(xié)議分層 1
1 .1 .1OSI七層參考模型 1
1 .1 .2TCP/IP族 2
1 .1 .3UDP與TCP 2
1 .2以太網(wǎng)基礎知識 6
1 .2 .1以太網(wǎng)概述 6
1 .2 .2CSMA/CD 6
1 .2 .3以太網(wǎng)幀結構 7
1 .2 .4沖突域和廣播域 7
1 .2 .5半雙工、全雙工、自協(xié)商 8
1 .2 .6MAC地址 9
1 .2 .7IP地址及子網(wǎng)掩碼 9
1 .2 .8網(wǎng)段 10
1 .2 .9IP地址的分類 10
1 .3網(wǎng)絡傳輸中的三張表 11
1 .3 .1MAC地址表詳解 11
1 .3 .2ARP緩存表詳解 12
1 .3 .3路由表詳解 13
1 .4工業(yè)以太網(wǎng)基礎 15
1 .4 .1工業(yè)以太網(wǎng) 15
1 .4 .2PROFINET 15
1 .4 .3EtherNet/IP 15
1 .5網(wǎng)絡安全技術基礎及基本功能 16
1 .5 .1VPN技術工作原理 16
1 .5 .2NAT技術工作原理 20
1 .5 .3Syslog功能簡介 22
1 .5 .4RADIUS功能簡介 23
1 .5 .5DHCP功能簡介 24
1 .5 .6NTP功能簡介 24
1 .6數(shù)字化工業(yè)網(wǎng)絡架構設計 25
1 .6 .1工業(yè)交換與路由設計思路 26
1 .6 .2工業(yè)無線設計思路 27
1 .6 .3工業(yè)網(wǎng)絡信息安全設計思路 27
1 .6 .4工業(yè)遠程運維設計思路27
1 .6 .5工業(yè)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)28
第2章工業(yè)網(wǎng)絡技術和應用 30
2 .1工業(yè)交換機SCALANCE X技術和應用 30
2 .1 .1工業(yè)交換機SCALANCE X產(chǎn)品
介紹 30
2 .1 .2工業(yè)交換機SCALANCE X的主要功能33
2 .1 .3交換機常用的管理功能 58
2 .1 .4交換機安全性功能 62
2 .1 .5工業(yè)交換機SCALANCE X的標準化方案 65
2 .2工業(yè)交換機RUGGEDCOM技術和應用 74
2 .2 .1西門子RUGGEDCOM系列產(chǎn)品和功能介紹 74
2 .2 .2RUGGEDCOM系列產(chǎn)品特性74
2 .2 .3豐富的二層設備功能 79
2 .2 .4三層設備功能 79
2 .2 .5網(wǎng)絡安全方案 80
2 .3RUGGEDCOM在220kV智能變電站“三網(wǎng)合一”項目中的應用 81
第3章工業(yè)無線技術的應用 88
3 .1工業(yè)無線局域網(wǎng) 88
3 .1 .1無線局域網(wǎng)基礎知識 88
3 .1 .2西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)的產(chǎn)品介紹 104
3 .1 .3SCALANCE W 產(chǎn)品功能、特性 106
3 .2應用案例 133
3 .2 .1工業(yè)無線局域網(wǎng)在物流系統(tǒng)中的應用 133
3 .2 .2工業(yè)無線局域網(wǎng)在汽車制造中的應用 138
3 .2 .3工業(yè)無線局域網(wǎng)在冶金料場的應用 142
3 .2 .4工業(yè)無線局域網(wǎng)在鋼鐵企業(yè)無人化天車的應用 144
3 .3工業(yè)寬帶無線網(wǎng) 147
3 .4工業(yè)寬帶無線RUGGEDCOM WIN產(chǎn)品介紹 148
3 .4 .1工業(yè)寬帶無線基站 148
3 .4 .2工業(yè)寬帶無線終端 149
3 .4 .3PoE供電模塊 150
3 .4 .4天線和附件 151
3 .4 .5產(chǎn)品安裝圖 152
3 .5應用案例 152
3 .5 .1工業(yè)寬帶無線網(wǎng)通用方案 152
3 .5 .2AeroMACS機場移動航空通信系統(tǒng)方案 156
3 .6工業(yè)5G技術和應用 161
3 .6 .1工業(yè)5G基礎知識 161
3 .6 .2工業(yè)5G路由器SCALANCE MUM856-1產(chǎn)品 165
3 .6 .3西門子工業(yè)5G標準化解決方案 167
3 .6 .4工業(yè)5G典型應用場景 171
第4章工業(yè)網(wǎng)絡安全的技術和應用 178
4 .1工業(yè)網(wǎng)絡安全背景概述 178
4 .2工業(yè)網(wǎng)絡縱深防御理念 178
4 .2 .1工廠安全 180
4 .2 .2網(wǎng)絡安全 181
4 .2 .3系統(tǒng)的完整性 184
4 .3產(chǎn)品介紹 185
4 .3 .1SCALANCE S系列產(chǎn)品概述185
4 .3 .2SCALANCE S系列功能特性 186
4 .3 .3產(chǎn)品功能和技術要點 187
4 .4標準化的應用方案 190
4 .4 .1防火墻Layer 3路由模式技術的應用 190
4 .4 .2防火墻Layer 2透明模式的應用 195
4 .4 .3防火墻IPSec VPN模式的應用 198
4 .4 .4標準化機器設備的NAT技術應用場景 201
第5章工業(yè)遠程通信的技術和應用 206
5 .1SINEMA Remote Connect遠程通信解決方案 206
5 .2SINEMA RC服務器支持的接入設備 207
5 .3SINEMA RC客戶端軟件 209
5 .4SINEMA RC系統(tǒng)的部署和基本配置 209
5 .5SINEMA RC服務器的基本設置 210
5 .6Telecontrol遠程控制解決方案 212
5 .6 .1遠動控制通信協(xié)議簡介 212
5 .6 .2控制中心解決方案 213
5 .7遠程通信應用案例 219
第6章工業(yè)網(wǎng)絡管理平臺的功能和應用 221
6 .1SINEC NMS 221
6 .1 .1SINEC NMS軟件概述 221
6 .1 .2SINEC NMS的安裝和部署 222
6 .1 .3SINEC NMS主要功能介紹 225
6 .1 .4應用案例 239
6 .2SINEC INS 240
6 .2 .1SINEC INS軟件介紹 240
6 .2 .2Syslog功能和技術要求 241
6 .2 .3RADIUS功能和技術要點 245
6 .2 .4DHCP功能和技術要點 249
6 .2 .5NTP功能和技術要點 254
6 .3SINEC PNI基本功能介紹 257
第7章 工業(yè)識別的主要功能和應用 259
7 .1工業(yè)RFID射頻識別的主要功能和應用 259
7 .1 .1RFID基礎技術介紹 259
7 .1 .2西門子RFID產(chǎn)品介紹 263
7 .1 .3RFID功能和技術要點 268
7 .1 .4RFID的標準化解決方案 305
7 .2工業(yè)OID的主要功能和應用 312
7 .2 .1OID基本原理和系統(tǒng)組成介紹 312
7 .2 .2西門子OID產(chǎn)品介紹 316
7 .2 .3西門子OID產(chǎn)品功能和技術要點 318
7 .2 .4西門子OID汽車行業(yè)標準化解決方案 328
第8章工業(yè)實時定位的主要功能和應用 335
8 .1UWB定位技術簡介 335
8 .1 .1UWB發(fā)展歷程 335
8 .1 .2UWB定位技術簡介 336
8 .2SIMATIC RTLS 340
8 .2 .1SIMATIC RTLS產(chǎn)品家族 340
8 .2 .2SIMATIC RTLS主要功能 343
8 .3SIMATIC RTLS行業(yè)應用 347
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