第1章 工業(yè)通信總線及傳輸協(xié)議 1
1.1 工業(yè)通信網(wǎng)絡 1
1.1.1 工業(yè)通信網(wǎng)絡的特點 2
1.1.2 工業(yè)通信網(wǎng)絡的類型 3
1.1.3 工業(yè)通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程 5
1.2 工業(yè)現(xiàn)場總線 6
1.2.1 現(xiàn)場總線的實質 6
1.2.2 現(xiàn)場總線的特點 7
1.2.3 現(xiàn)場總線協(xié)議標準 7
1.2.4 現(xiàn)場總線的通信模型 10
1.2.5 現(xiàn)場總線技術的發(fā)展趨勢 11
1.3 工業(yè)以太網(wǎng) 12
1.3.1 以太網(wǎng) 12
1.3.2 以太網(wǎng)引入工業(yè)控制帶來的問題 13
1.3.3 工業(yè)以太網(wǎng)技術 13
1.3.4 工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議 14
1.3.5 工業(yè)以太網(wǎng)的應用前景 20
1.4 OPC UA協(xié)議 21
1.4.1 概述 21
1.4.2 信息模型 24
1.4.3 OPC UA服務 30
1.4.4 安全模型 35
1.5 MQTT協(xié)議詳解 39
1.5.1 MQTT協(xié)議介紹 39
1.5.2 MQTT安全機制 49
本章習題 50
案例一 MQTT協(xié)議消息發(fā)送與訂閱代碼示例 52
案例二 OPC UA 案例分析 54
第2章 工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控 59
2.1 現(xiàn)場裝置設備 59
2.1.1 檢測儀表 60
2.1.2 執(zhí)行器 62
2.1.3 工業(yè)裝備 63
2.2 遠程I/O 64
2.2.1 總線耦合器 66
2.2.2 I/O模塊 66
2.3 工業(yè)通信協(xié)議轉換器 67
2.3.1 工業(yè)總線協(xié)議轉換關鍵技術 68
2.3.2 工業(yè)總線協(xié)議轉換器的應用 69
2.3.3 工業(yè)總線協(xié)議轉換器的發(fā)展趨勢 69
2.4 網(wǎng)絡化控制系統(tǒng) 70
2.4.1 網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的基本結構 70
2.4.2 網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的基本問題 72
2.4.3 網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)分析方法 74
2.5 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) 75
2.5.1 SCADA系統(tǒng)概述 75
2.5.2 SCADA系統(tǒng)的組成和架構 76
2.5.3 SCADA系統(tǒng)的應用領域 82
本章習題 83
第3章 工業(yè)數(shù)據(jù)分析方法 84
3.1 數(shù)據(jù)預處理 84
3.1.1 數(shù)據(jù)質量評估 85
3.1.2 缺失值處理 86
3.1.3 異常值處理 89
3.1.4 數(shù)據(jù)壓縮 91
3.2 特征工程 95
3.2.1 線性降維 95
3.2.2 非線性降維 98
3.2.3 特征編碼 99
3.2.4 特征評估與選擇 103
3.3 信號處理 106
3.3.1 傅里葉變換 106
3.3.2 短時傅里葉變換 109
3.3.3 小波變換 111
3.3.4 經(jīng)驗模態(tài)分解 114
3.4 分類和聚類 117
3.4.1 K近鄰 118
3.4.2 貝葉斯分類 119
3.4.3 支持向量機 123
3.4.4 K均值聚類 125
3.5 模型回歸 126
3.5.1 線性回歸 126
3.5.2 Logistic回歸 129
3.5.3 嶺回歸 131
3.5.4 LASSO回歸 131
3.5.5 逐步回歸 132
3.6 神經(jīng)網(wǎng)絡 133
3.6.1 非線性激活函數(shù) 133
3.6.2 單層神經(jīng)網(wǎng)絡 137
3.6.3 反向傳播算法 138
3.6.4 梯度下降優(yōu)化算法 140
3.6.5 深度神經(jīng)網(wǎng)絡 142
本章習題 143
案例三 基于西儲大數(shù)據(jù)集的神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷案例分析 145
案例四 圖像降維與分類案例分析 149
第4章 工業(yè)互聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中臺 154
4.1 數(shù)據(jù)中臺 154
4.1.1 數(shù)據(jù)中臺歷史 154
4.1.2 數(shù)據(jù)中臺概念 155
4.1.3 工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀 155
4.1.4 搭建工業(yè)數(shù)據(jù)中臺的目標 156
4.1.5 工業(yè)數(shù)據(jù)中臺架構簡析 157
4.1.6 通用術語 159
4.2 工業(yè)數(shù)據(jù)中臺核心功能和操作 160
4.2.1 全域數(shù)據(jù)集成 160
4.2.2 數(shù)據(jù)資產管理 161
4.2.3 數(shù)據(jù)治理 165
4.2.4 數(shù)據(jù)利用 167
4.2.5 數(shù)據(jù)共享 171
4.2.6 數(shù)據(jù)可視化 172
本章習題 173
案例五 鋼鐵行業(yè)數(shù)據(jù)中臺案例 174
案例六 電力行業(yè)數(shù)據(jù)中臺案例 177
案例七 裝備行業(yè)數(shù)據(jù)中臺案例 179
案例八 能源行業(yè)數(shù)據(jù)中臺案例 182
案例九 電動機振動數(shù)據(jù)分析與可視化綜合案例分析 184
第5章 工業(yè)控制系統(tǒng)安全 191
5.1 工業(yè)控制系統(tǒng)安全的主要風險 191
5.1.1 設備故障 192
5.1.2 網(wǎng)絡攻擊 194
5.1.3 物理攻擊 198
5.2 工業(yè)控制系統(tǒng)的功能安全 200
5.2.1 風險評估和安全需求分析 201
5.2.2 安全設計和實施 204
5.2.3 安全驗證 206
5.2.4 故障診斷和故障處理 208
5.3 工業(yè)控制系統(tǒng)安全的預防措施 213
5.3.1 審計與評估 213
5.3.2 策略與標準 215
5.3.3 訪問控制與身份認證 217
5.3.4 安全更新與補丁管理 219
5.4 工業(yè)控制系統(tǒng)安全的技術手段 221
5.4.1 防火墻 221
5.4.2 虛擬專用網(wǎng)絡 223
5.4.3 入侵檢測系統(tǒng) 224
5.4.4 安全隔離 226
5.4.5 加密技術 227
5.5 工業(yè)控制系統(tǒng)安全的法規(guī)與標準 229
5.5.1 國際標準 229
5.5.2 國家標準 230
5.5.3 行業(yè)標準 231
5.5.4 企業(yè)標準 232
本章習題 233
案例十 針對西門子PLC的攻擊示例 235
參考文獻 239