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(luò) 1
1.1.1 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 2
1.1.2 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的類型 3
1.1.3 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程 5
1.2 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線 6
1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)質(zhì) 6
1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn) 7
1.2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 7
1.2.4 現(xiàn)場(chǎng)總線的通信模型 10
1.2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 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(lái)的問題 13
1.3.3 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù) 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(yīng)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(wù) 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(jī)制 49
本章習(xí)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控 59
2.1 現(xiàn)場(chǎng)裝置設(shè)備 59
2.1.1 檢測(cè)儀表 60
2.1.2 執(zhí)行器 62
2.1.3 工業(yè)裝備 63
2.2 遠(yuǎn)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(zhuǎn)換器 67
2.3.1 工業(yè)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù) 68
2.3.2 工業(yè)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用 69
2.3.3 工業(yè)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢(shì) 69
2.4 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng) 70
2.4.1 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 70
2.4.2 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的基本問題 72
2.4.3 網(wǎng)絡(luò)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(gòu) 76
2.5.3 SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 82
本章習(xí)題 83
第3章 工業(yè)數(shù)據(jù)分析方法 84
3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 84
3.1.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)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(píng)估與選擇 103
3.3 信號(hào)處理 106
3.3.1 傅里葉變換 106
3.3.2 短時(shí)傅里葉變換 109
3.3.3 小波變換 111
3.3.4 經(jīng)驗(yàn)?zāi)�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(jī) 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(luò) 133
3.6.1 非線性激活函數(shù) 133
3.6.2 單層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 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(luò) 142
本章習(xí)題 143
案例三 基于西儲(chǔ)大數(shù)據(jù)集的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(tái) 154
4.1 數(shù)據(jù)中臺(tái) 154
4.1.1 數(shù)據(jù)中臺(tái)歷史 154
4.1.2 數(shù)據(jù)中臺(tái)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(tái)的目標(biāo) 156
4.1.5 工業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)架構(gòu)簡(jiǎn)析 157
4.1.6 通用術(shù)語(yǔ) 159
4.2 工業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)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(chǎn)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(xí)題 173
案例五 鋼鐵行業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)案例 174
案例六 電力行業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)案例 177
案例七 裝備行業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)案例 179
案例八 能源行業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)案例 182
案例九 電動(dòng)機(jī)振動(dòng)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(fēng)險(xiǎn) 191
5.1.1 設(shè)備故障 192
5.1.2 網(wǎng)絡(luò)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和安全需求分析 201
5.2.2 安全設(shè)計(jì)和實(shí)施 204
5.2.3 安全驗(yàn)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(yù)防措施 213
5.3.1 審計(jì)與評(píng)估 213
5.3.2 策略與標(biāo)準(zhǔn) 215
5.3.3 訪問控制與身份認(rèn)證 217
5.3.4 安全更新與補(bǔ)丁管理 219
5.4 工業(yè)控制系統(tǒng)安全的技術(shù)手段 221
5.4.1 防火墻 221
5.4.2 虛擬專用網(wǎng)絡(luò) 223
5.4.3 入侵檢測(cè)系統(tǒng) 224
5.4.4 安全隔離 226
5.4.5 加密技術(shù) 227
5.5 工業(yè)控制系統(tǒng)安全的法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn) 229
5.5.1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 229
5.5.2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 230
5.5.3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 231
5.5.4 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 232
本章習(xí)題 233
案例十 針對(duì)西門子PLC的攻擊示例 235
參考文獻(xiàn) 239