工业和信息化精品系列教材——工业互联网

工业互联网数据采集技术与应用(微课版)

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周连兵,张云鹏,王莲莲 (作者) 978-7-115-63784-0

关于本书的内容有任何问题,请联系 刘晓东

(1)稀缺性
工业互联网专业作为新设专业,所需教材及其匮乏,针对工业互联网数据采集的教材市场上无同类教材。
(2)专业性
教材由工业互联网头部企业的数据采集实施工程师深度参与教材编写,内容能反映企业真实的工作过程,对接职业标准和工作过程,能真实体现岗位人才需求。
(3)丰富性
教材有配套教学PPT、实训手册、演示微课、习题答案等资料。能适应项目学习、模块学习、案例学习等不同学习方式需要。教材大量融入思政元素,摆脱专业教育思政教育“两张皮”。

内容摘要

本书较为全面地介绍了工业互联网数据采集的重要性、数据采集的架构、常见的数据源和采集方法等。本书共5 个项目,项目1 为工业互联网数据采集概述,介绍了数据采集的架构以及数据的类型和采集方式等;项目2 为工业互联网数据源,介绍了常见工业设备、控制系统和信息系统中数据的采集方法等;项目3 为工业互联网网络技术,介绍了工业互联网网络的结构、设备、线缆和接口等;项目4 为工业云平台,介绍了云平台的技术和算法模型等;项目5 为工业互联网数据采集项目交付,通过完整的项目交付流程,学生能够了解交付团队的组成和职责、项目控制所涉及的各项工作,了解如何对现场进行调研以及进行实施方案的编制,项目完工后如何进行验收等典型工作任务。
本书可以作为高职高专工业互联网相关专业和非相关专业数据采集课程的教材,也可以供工业互联网交付岗位专业人员和广大工业互联网技术爱好者自学使用。

目录

项目1 工业互联网数据采集概述 .......... 1
【项目导读】 .......................................... 1
【内容导学】 .......................................... 1
【项目目标】 .......................................... 1
任务一 工业互联网数据采集架构
认知 ........................................ 2
【任务描述】 ....................................... 2
【知识学习】 ....................................... 2
1.1.1 数据采集的地位 ..................... 2
1.1.2 工业数据采集架构 ................. 4
【任务实施】 ....................................... 6
1.1.3 数据采集实训台架构认知 ..... 6
【任务总结】 ....................................... 7
【任务测验】 ....................................... 7
任务二 数据的类型和采集方式
认知 ........................................ 8
【任务描述】 ....................................... 8
【知识学习】 ....................................... 8
1.2.1 数据的类型 ............................. 8
1.2.2 数据的采集方式 ................... 14
【任务实施】 ..................................... 16
1.2.3 实训台数据类型和采集
方式 ....................................... 16
【任务总结】 ..................................... 17
【任务测验】 ..................................... 17
【实战练习】 ..................................... 18


项目2 工业互联网数据源 ................... 19
【项目导读】 ........................................ 19
【内容导学】 ........................................ 19
【项目目标】 ........................................ 20
任务一 采集工业现场设备数据 ..... 20
【任务描述】 ..................................... 20
【知识学习】 ..................................... 20
2.1.1 工业传感器 ........................... 20
2.1.2 工业执行器 ........................... 22
2.1.3 PLC ........................................ 22
2.1.4 工控机 ................................... 26
2.1.5 工业HMI ............................... 27
【任务实施】 ..................................... 28
2.1.6 通过PLC 采集传感器和执行
器的数据 ............................... 28
【任务总结】 ..................................... 31
【任务测验】 ..................................... 31
任务二 工业自动化设备及系统数据
采集 ...................................... 32
【任务描述】 ..................................... 32
【知识学习】 ..................................... 32
2.2.1 工业机器人 ........................... 32
2.2.2 CNC ........................................ 35
2.2.3 AGV ....................................... 37
2.2.4 DCS ........................................ 40
2.2.5 SCADA 系统 .......................... 43
【任务实施】 ..................................... 46
2.2.6 机器人数据采集 ................... 46
【任务总结】 ..................................... 49
【任务测验】 ..................................... 49
任务三 采集企业信息系统数据 ...... 50
【任务描述】 ..................................... 50
【知识学习】 ..................................... 50
2.3.1 企业信息系统中数据的
采集 ....................................... 50
【任务实施】 ..................................... 53
2.3.2 云平台API 认知 ................... 53
【任务总结】 ..................................... 55
工业互联网数据采集技术与应用(微课版)
2
【任务测验】 .................................... 56
任务四 运用数据互通技术 ............. 56
【任务描述】 .................................... 56
【知识学习】 .................................... 56
2.4.1 OPC UA ................................. 56
【任务实施】 .................................... 60
2.4.2 通过OPC 协议采集数据 ..... 60
【任务总结】 .................................... 63
【任务测验】 .................................... 64
【实战练习】 .................................... 64


项目3 工业互联网网络技术 ............... 65
【项目导读】 ........................................ 65
【内容导学】 ........................................ 65
【项目目标】 ........................................ 66
任务一 识别通信线缆及接口 ..... 66
【任务描述】 .................................... 66
【知识学习】 .................................... 67
3.1.1 通信电缆 .............................. 67
3.1.2 通信光纤 .............................. 72
3.1.3 数据采集网络接口 .............. 75
【任务实施】 .................................... 80
3.1.4 通信线缆及接口识别 .......... 80
【任务总结】 .................................... 84
【任务测验】 .................................... 84
任务二 通过有线网络采集数据 ..... 85
【任务描述】 .................................... 85
【知识学习】 .................................... 85
3.2.1 工业互联网网络架构 .......... 85
3.2.2 工业网络设备 ...................... 90
3.2.3 工业PON 技术 ..................... 94
3.2.4 现场总线接入 ...................... 98
3.2.5 工业以太网接入 ................ 102
【任务实施】 .................................. 104
3.2.6 通过Modbus TCP 采集
数据 .................................... 104
【任务总结】 .................................. 106
【任务测验】 .................................. 106
任务三 通过无线网络采集数据 ... 107
【任务描述】 .................................. 107
【知识学习】 ................................... 107
3.3.1 IEEE802.11/Wi-Fi .............. 107
3.3.2 蓝牙 ..................................... 110
3.3.3 RFID 技术 ........................... 111
3.3.4 ZigBee .................................. 113
3.3.5 NB-IoT 技术 ........................ 116
3.3.6 5G 技术 ................................ 119
【任务实施】 ................................... 123
3.3.7 PLC 网关无线接入配置 ..... 123
【任务总结】 ................................... 125
【任务测验】 ................................... 125
任务四 网关数据上云配置 ............ 126
【任务描述】 ................................... 126
【知识学习】 ................................... 126
3.4.1 长连接和短连接 ................. 126
3.4.2 MQTT 协议 .......................... 128
3.4.3 HTTP/HTTPS ....................... 130
【任务实施】 ................................... 132
3.4.4 网关MQTT 配置 ................. 132
【任务总结】 ................................... 134
【任务测验】 ................................... 135
【实战练习】 ................................... 135


项目4 工业云平台 ............................ 136
【项目导读】 ...................................... 136
【内容导学】 ...................................... 136
【项目目标】 ...................................... 137
任务一 数据采集云平台配置 ........ 137
【任务描述】 ................................... 137
【知识学习】 ................................... 138
4.1.1 云计算服务模式 ................. 138
4.1.2 云计算部署模式 ................. 140
4.1.3 容器技术 ............................. 141
4.1.4 C/S 与B/S 架构 ................... 144
【任务实施】 ................................... 146
4.1.5 数据采集云平台配置 ......... 146
【任务总结】 ................................... 149
【任务测验】 ................................... 149
任务二 如何处理数据 .................... 150
【任务描述】 ................................... 150
目 录
3
【知识学习】 ................................... 150
4.2.1 数据存储 ............................. 150
4.2.2 数据分析 ............................. 153
4.2.3 数据可视化 ......................... 154
【任务实施】 ................................... 155
4.2.4 云组态配置 ......................... 155
【任务总结】 ................................... 156
【任务测验】 ................................... 157
任务三 云平台算法模型配置 ....... 157
【任务描述】 ................................... 157
【知识学习】 ................................... 158
4.3.1 工业数据建模 ..................... 158
4.3.2 常见算法及分类 ................. 159
【任务实施】 ................................... 160
4.3.3 云平台算法模型 ................. 160
【任务总结】 ................................... 164
【任务测验】 ................................... 164
【实战练习】 ................................... 164


项目5 工业互联网数据采集项目
交付 ................................. 165
【项目导读】 ...................................... 165
【内容导学】 ...................................... 165
【项目目标】 ...................................... 166
任务一 数据采集 ............................ 166
【任务描述】 ................................... 166
【知识学习】 ................................... 167
5.1.1 项目启动 ............................. 167
5.1.2 项目控制 ............................. 169
【任务实施】 ................................... 170
5.1.3 工业设备现场勘察 ............. 170
5.1.4 工业现场网络测试 ............. 172
5.1.5 项目调研报告编写 ............. 175
5.1.6 数据采集项目方案设计 ..... 177
5.1.7 数据采集项目方案评审 ..... 178
5.1.8 控制器扩展通信模块
应用 ..................................... 179
5.1.9 模拟量转RS-485 信号模块
应用 ..................................... 181
5.1.10 过程控制数据采集配置和
上云 ..................................... 184
5.1.11 数据软采 ........................... 190
5.1.12 项目验收 ........................... 193
【任务总结】 ................................... 194
【任务测验】 ................................... 194
【实战练习】 ................................... 195
参考文献............................................. 196

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作者介绍

周连兵,男,二级教授,首批山东省职业教育教学名师工作室主持人,黄河三角洲学者,山东省教学名师,山东省有突出贡献的中青年专家,全国职业教育先进个人,全国模范教师,国家高层次人才特殊支持计划领军人才(教学名师);获得黄炎培职业教育奖杰出教师奖。

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