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出版者:

作者:杨明福

出品人:

页数:126

译者:

出版时间:2001-2

价格:12.00元

装帧:

isbn号码:9787505821927

丛书系列:

图书标签:

• 计算机网络
• 网络技术
• 自学辅导
• 网络原理
• TCP/IP
• 网络协议
• 网络工程
• 通信技术
• 计算机科学
• 信息技术

智能制造时代的工业数据采集与SCADA系统构建实战指南 面向对象： 自动化工程师、控制系统集成商、工厂IT/OT部门技术人员、高年级本科生及研究生。 图书定位： 本书并非传统的计算机网络理论教材，而是专注于将现代工业控制系统（ICS）的底层数据采集、通信协议以及数据管理平台——SCADA（数据采集与监视控制系统）的实际构建与应用进行深度剖析的工程实践手册。它着眼于工业4.0和智能制造背景下，如何高效、安全、可靠地将物理世界的生产数据转化为可用于决策支持的数字资产。 --- 第一部分：工业数据采集的底层逻辑与挑战 本部分深入探讨工业现场环境的特殊性，及其对数据采集系统提出的苛刻要求，这与传统的企业级IT网络有着本质的区别。 第一章：工业控制环境的物理特性与信号基础 传感器与执行器详解： 详细分类讲解热电偶、压力变送器、流量计、高精度编码器等主流工业传感器的信号类型（如4-20mA、0-10V、数字脉冲、RS-485）。 电磁兼容性（EMC）与信号完整性： 工业现场的强电磁干扰源（变频器、大功率电机）对低电压信号线的耦合效应分析，以及抗干扰布线的工程实践，包括屏蔽层处理、接地系统设计（单点接地原则）。 数据失真与漂移的工程校准： 如何在硬件层面识别和补偿由于温度、老化引起的传感器输出漂移，确保采集数据的“可信度”是后续一切分析的基础。 第二章：传统总线技术在现代集成中的角色 串行通信的深度应用（RS-232/485/422）： 不仅仅是波特率的设置，更侧重于多站通信的冲突避免机制（如Modbus RTU的主从轮询机制、数据冲突的仲裁策略），以及远距离传输的电信号衰减补偿。 现场总线的演进与选型： 针对PROFIBUS DP/PA、CANopen、DeviceNet等主流现场总线，分析其在实时性、容错性、带宽分配上的优劣，以及在不同生产线上的适用场景。 嵌入式系统与数据预处理： 讲解如何利用PLC或工业PC（IPC）内部的微控制器进行数据的初步滤波、量纲转换和时间戳标记，减轻上层SCADA服务器的负担。 --- 第二部分：工业协议的转换与互操作性构建 工业数据采集的核心难点在于“异构协议的集成”。本部分将专注于解决不同设备使用不同语言的通信障碍。 第三章：Modbus家族协议的精深解析与故障排除 Modbus TCP/IP的工程实现： 不仅停留在功能码的应用，深入探讨其在以太网上的封装机制、报文长度限制、以及在非确定性网络上传输的延迟控制策略。 Modbus RTU/ASCII的RS-485网络优化： 阐述最大设备数量的限制、超时设置对系统响应时间的影响，以及如何通过CRC校验机制进行数据一致性验证。 高级功能码的应用： 讲解如何使用非标准或高级功能码实现设备的状态轮询、固件版本读取和参数批量写入。 第四章：OPC标准：从DA到UA的演进与实践 OPC Classic（DA/AE/HDA）的局限性分析： 解释其基于DCOM的架构在跨平台、防火墙穿越上的固有缺陷，以及对Windows操作系统的强依赖性。 OPC UA（统一架构）的全面部署： 深入讲解OPC UA的信息模型（Information Modeling）、安全模型（证书管理、加密握手）和发现机制。重点演示如何在Linux或非Windows环境中安全地部署OPC UA Server。 地址空间映射与语义化： 探讨如何将PLC标签（Tag）映射到语义丰富的OPC UA Node，实现数据的“自描述性”，为上层MES/ERP系统的数据理解打下基础。 第五章：面向现代网络的安全数据传输 工业防火墙与DMZ架构： 设计ISA-99/IEC 62443标准下的三区两带（Perimeter Network）架构，明确OT（操作技术）网络与IT（信息技术）网络的隔离边界。 VPN与安全隧道在远程维护中的应用： 讲解如何使用工业级VPN网关，在不牺牲生产网络安全的前提下，为设备供应商提供受控的远程诊断访问权限。 数据加密与完整性校验： 在工业物联网（IIoT）场景下，如何权衡数据传输的实时性与TLS/SSL加密的开销，并实施数据源认证。 --- 第三部分：SCADA平台的高效构建与数据可视化 本部分将焦点转移到数据中心的平台搭建和用户界面的设计，确保采集到的海量数据能以最直观、最有效的方式服务于操作员和管理者。 第六章：SCADA软件选型与项目架构设计 主流SCADA平台对比分析： 针对Wonderware InTouch、Siemens WinCC、Rockwell FactoryTalk View SE等主流商业软件，以及开源解决方案（如Ignition、Proficy CIMPLICITY），从授权模式、驱动支持、伸缩性进行工程化对比。 高可用性（HA）与冗余配置： 讲解服务器/客户端冗余、数据库镜像、以及通信卡冗余（冗余CPU或冗余通信链路）的配置流程，确保关键生产数据的永不丢失。 时钟同步的工业要求： 为什么标准的NTP对于SCADA系统来说不够精确？如何部署PTP（精确时间协议）或GPS授时，以确保跨多个数据点的时间戳精度达到毫秒级，这对事件顺序分析至关重要。 第七章：高性能历史数据库（Historian）的优化 时序数据库（TSDB）的特性： 介绍InfluxDB、TimescaleDB等专为时序数据优化的数据库结构，对比传统关系型数据库在海量写入和范围查询上的性能瓶颈。 数据压缩与归档策略： 如何根据数据的动态变化特性（静态数据、缓慢变化数据、快速变化数据）采用不同的压缩算法（如Delta-of-Delta编码），实现存储成本的大幅降低。 数据聚合与下采样（Aggregation & Downsampling）： 讲解“实时数据”、“历史汇总数据”和“月度报告数据”的层级结构设计，避免所有查询都试图访问最高频率的原始数据。 第八章：可视化界面（HMI/Web Client）的设计原则 人机工程学在操作界面中的应用： 遵循ISA 101“高可读性”标准，从颜色、布局、警报提示等方面，减少操作员的认知负荷，提升关键状态的识别速度。 基于Web的监控（HTML5/WebSocket）： 部署现代SCADA系统的Web客户端，重点解决浏览器端的数据渲染效率问题和安全认证流程。 报警管理与事件优先级划分： 建立清晰的报警层次结构（如：关注、警告、紧急），并实现报警抑制、延迟确认和报警涌动（Alarm Flooding）的有效抑制机制。 --- 第四部分：集成与展望——走向数据驱动的制造 第九章：SCADA与企业信息系统的桥接 OPC UA与MQTT在IIoT中的协同： 探讨如何利用轻量级的MQTT协议将SCADA采集的结构化数据推送至云端平台，并利用OPC UA进行内部系统间的集成。 集成MES/ERP的数据需求： 实例讲解如何将生产批次信息（来自MES）与设备运行数据（来自SCADA）关联起来，实现OEE（整体设备效率）的精确计算。 数据质量评估与溯源： 构建反馈机制，根据操作员对数据的修正或报警的确认，反向优化底层采集逻辑。 第十章：维护、升级与未来趋势 系统生命周期管理： 制定详细的备份、恢复、补丁管理和硬件淘汰计划，延长SCADA系统的有效服役期。 边缘计算与数据清洗： 探讨在数据源侧（Edge）进行初步的机器学习推理或异常检测的可行性与架构部署。 网络安全基线强化： 针对ICS环境的特殊性，定期进行漏洞扫描、配置审计，并强调网络分段策略的持续演进。 本书特色： 全工程化视角： 案例均基于实际生产线数据流和常见的硬件选型，避免纯理论推导。 协议深度解析： 深入到报文结构层面，而非仅仅停留在API调用。 安全与性能并重： 强调在保证生产实时性的前提下，构建符合工业安全标准的集成系统。

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这本《计算机网络技术自学辅导》的定位非常精准，它似乎是为那些初次踏入网络技术殿堂的“小白”量身打造的。从目录的编排来看，它没有急于抛出复杂的协议栈或晦涩的配置命令，而是像一个经验丰富的向导，先带你认识了网络世界的“基础设施”——从最基础的物理层概念开始，到数据链路层的帧结构，再到IP地址和子网划分这些核心概念，讲解得循序渐进，丝毫不让人感到压力山大。我尤其欣赏作者在解释一些抽象概念时所采用的比喻，比如将数据包比作信件，路由器比作邮局的分拣中心，这些“接地气”的类比极大地降低了理解门槛。对于我这种习惯于边做边学的学习者来说，书中的每一个章节后都附带着一些“动手实践”的建议，虽然不是代码级的复杂实验，但足以让人在虚拟机或本地环境中尝试配置一个简单的局域网，亲身体验一下理论知识是如何在现实中运作的。整体来看，它更像一本“入门地图”，而不是一本“专业词典”，非常适合作为系统化学习网络知识的第一本读物。

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如果用一个词来形容这本辅导书，我会选择“平衡”。它成功地在“学术深度”和“实用广度”之间找到了一个绝佳的平衡点。它没有像某些高等教材那样过度沉溺于数学推导和深层协议设计，导致读者产生距离感；同时，它也避免了成为一本纯粹的操作手册，仅仅教人敲击键盘而不知其所以然。这本书的巧妙之处在于，它用清晰的语言解释了 OSI 七层模型和 TCP/IP 四层模型的对应关系和各自的核心职责，让读者明白每一层协议是如何协作完成数据传输这一宏伟任务的。例如，在讲解MAC地址和IP地址的区别时，它不仅区分了它们的作用范围（局域网内 vs 跨网络传输），还巧妙地结合了ARP的工作机制来展示二者是如何在数据链路层和网络层之间架起沟通的桥梁的。这种对整体架构的把握，使得读者在学习具体的子系统时，始终能将其置于一个宏大的网络通信体系中去理解，而不是孤立地看待碎片化的知识点。

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这本书给我最大的感受是它的“实战导向性”。虽然书名叫“自学辅导”，但它远不止是理论知识的堆砌。我注意到，书中对现代网络环境中非常关键的一些技术点，如基础的路由配置思想（虽然不深入Cisco或华为的CLI，但原理讲得很透）、VLAN的划分逻辑，以及最基础的DNS解析过程，都进行了相当详尽的剖析。特别是关于故障排查的部分，作者提供了一套非常实用的“自上而下”或“自下而上”的排查思路框架，这对于我这种未来希望从事网络运维工作的人来说，简直是无价之宝。它教会的不是死记硬背某个命令，而是如何像一个专业的工程师一样去思考问题、定位瓶颈。即便是网络安全的基础概念，比如ARP欺骗的原理，也通过简单的拓扑图展示了其攻击路径，让人能快速建立起防御意识。这种注重思维模式培养的教学方法，比单纯罗列知识点的书要高明得多。

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说实话，我原本对市面上那些厚厚的网络技术书籍有些望而却步，总觉得里面充斥着一堆我看不懂的缩写和深奥的理论公式。然而，这本《计算机网络技术自学辅导》却展现出一种近乎“反传统”的亲民气质。它的排版设计很舒展，留白恰到好处，阅读起来眼睛不容易疲劳。更重要的是，作者在阐述TCP/IP协议族时，并没有陷入教科书式的死板讲解。它似乎更侧重于“为什么”而不是仅仅“是什么”。比如，在讲解三次握手和四次挥手时，作者不仅给出了时序图，还用一种近乎“对话”的方式模拟了客户端和服务器之间的信息交换过程，这种叙事性的讲解方式，让枯燥的协议细节变得生动起来，仿佛我正在亲眼见证一次网络连接的建立与终止。对于我这种更偏爱故事性和场景化学习的读者来说，这种处理方式无疑是加分项，它成功地将原本冰冷的二进制世界，描绘成了一个充满逻辑和规则的“虚拟社会”。

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我是一个对细节有轻微洁癖的读者，常常被那些逻辑跳跃、前后矛盾的描述弄得很抓狂。在这本《计算机网络技术自学辅导》中，我惊喜地发现其内容的逻辑链条异常稳固。作者在构建每一个知识模块时，都确保了前置知识点已得到充分的铺垫。举例来说，在讲解子网掩码和CIDR（无类别域间路由）时，他没有直接跳到二进制计算，而是先用十进制网络地址的例子帮助读者建立“网络部分”和“主机部分”的概念区分，然后再引入二进制的复杂性。这种“先搭框架，再填充细节”的写作风格，极大地减少了学习过程中的认知负荷。每当感觉快要迷失在密集的术语中时，翻到前一页，总能找到那个关键的定义或前置的铺垫，让人有种一切尽在掌握的踏实感，确保了自学过程中的连贯性。

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