工业互联网数据采集与边缘计算项目化教程

1.本书是《物联网学报》编委会针对校企合作的精心力作。
2.本书凝结了曙光瑞翼多年的产学研经验，能够满足校企融合教学的需求。
3.本书旨在介绍数据采集和边缘计算技术的基础知识，为即将从事工业互联网相关工作的读者奠定基础。
4.本书采用大量的典型应用，让读者在生活常见的应用中理解数据采集和边缘计算在工业互联网中的应用。

本书从工业数据采集与边缘计算的应用实践出发，寓教于实操，详细阐述工业互联网中数据采集与边缘计算的基础原理，以及它们在典型应用场景下的最佳实践。
本书包括10个项目，分别是工业数据采集简介及应用、工业现场设备简介及应用、工业数据简介及应用、工业智能网关简介及应用、边缘计算简介及应用、物联网数据采集原理及实现、使用传感器采集温湿度数据、采集PLC数据，以及工业互联网设备数据采集系统故障处理（1）和工业互联网设备数据采集系统故障处理（2）。本书部分实验以行业主流的西门子博途全集成自动化软件为基础环境，紧跟行业需求和发展现状，以业内典型应用为参考设计和开展相关实验，力求培养学生扎实的理论基础和动手能力。本书内容丰富，实验内容系统全面，做到了理论联系实际，是一本快速掌握工业互联网数据采集与边缘计算的入门级图书。
本书可作为工业互联网领域从业者的参考书，也可作为高等院校工业互联网相关课程的教材。

许桂秋，北京中科特瑞科技有限公司运营总监，主要研究方向为专注于大数据、人工智能技术领域的产教融合研究，负责机器学习、计算机视觉、人工智能导论、深度学习原理与TensorFlow实践、样本数据处理、自然语言处理授课任务。已出版专著：《大数据导论》、《Python编程基础与应用》、《NoSQL数据库原理与应用》、《数据挖掘与机器学习》等9本系列教材。

目录
项目一 工业数据采集概述 1
1.1 项目要求 1
1.2 学习目标 1
1.3 相关知识 1
1.3.1 工业互联网平台的概念和平台体系框架 1
1.3.2 工业互联网设备数据采集的工作内容 3
1.3.3 工业数据采集的定义和意义 4
1.3.4 工业数据采集的范围 5
1.3.5 工业数据采集的实现 7
1.4 实验过程 10
1.5 习题 26
项目二 工业现场设备 29
2.1 项目要求 29
2.2 学习目标 29
2.3 相关知识 29
2.3.1 工控现场设备概述 29
2.3.2 传感器与智能传感器 35
2.3.3 工业标识与解析设备 44
2.4 实验过程 46
2.4.1 传感器协议解析 46
2.4.2 传感器连接及读取 48
2.5 习题 53
项目三 工业数据 55
3.1 项目要求 55
3.2 学习目标 55
3.3 相关知识 55
3.3.1. 工业数据的概念和分类 55
3.3.2 工业现场设备数据互通的意义 57
3.4 实验过程 59
3.5 习题 63
项目四 工业智能网关 64
4.1 项目要求 64
4.2 学习目标 64
4.3 相关知识 64
4.3.1 工业网关概述 64
4.3.2 工业智能网关的优势 67
4.3.3 工业智能网关的主要类型 68
4.3.4 工业智能网关设计选型的考虑因素 69
4.3.5 工业网关的配置 71
4.4 实验步骤 73
4.4.1 网关连接电脑进行配置 73
4.4.2 网关连接WIFI 77
4.4.3 设置MQTT协议 80
4.5 习题 86
项目五 边缘计算 87
5.1 项目要求 87
5.2 学习目标 87
5.3 相关知识 87
5.3.1 边缘计算的概念 87
5.3.2. 边缘计算的架构与方案 89
5.3.3. 边缘计算实例 92
5.3.4. 边缘设备的含义 94
5.4 实验步骤 95
5.4.1. 数据集处理 95
5.4.2. 模型构建 96
5.4.2. 模型训练 99
5.4.3. 功能演示 102
5.5 习题 104
项目六 物联网数据采集 105
6.1 项目要求 105
6.2 学习目标 105
6.3 相关知识 105
6.3.1 物联网概述 106
6.3.2 物联网分层结构 108
6.3.3 感知层技术 115
6.4 实验过程 124
6.4.1 一物一码系统登录 124
6.4.2 系统功能管理介绍 125
6.4.3 标识编码申请与查询 128
6.4.4 标识编码管理 130
6.4.5 溯源防伪查询 131
6.5 习题 131
项目七 采集温湿度传感器数据 132
7.1 项目要求 132
7.2 学习目标 132
7.3 相关知识 132
7.3.1 设备信息收集的基本概念和方法 132
7.3.2 采集对象数据信息的基本概念 134
7.3.3 工业智能网关选型与配置 140
7.3.4 常用网络连接 144
7.3.5 传感器数据的存储与查询 146
7.4 实验过程 147
7.5 习题 158
项目八 采集西门子PLC数据 160
8.1 项目要求 160
8.2 学习目标 160
8.3 相关知识 160
8.3.1 设备信息收集的基本概念和方法 160
8.3.2 采集对象数据信息的基本概念 162
8.3.3 工业智能网关选型与配置 167
8.3.4 常用网络连接 172
8.3.5 PLC数据的存储与查询 174
8.4 实验过程 176
8.4.1 先导知识 176
8.4.2 西门子PLC数据采集实验 177
8.5 习题 187
项目九 工业互联网设备数据采集系统故障处理（1） 188
9.1 项目要求 188
9.2 学习目标 188
9.3 相关知识 188
9.3.1 故障部件的种类 188
9.3.2 故障性质的分类 190
9.3.3 故障原因的类型 191
9.3.4 数据采集系统的故障排除原则 192
9.3.5 数据采集系统的故障诊断方法 194
9.3.6 数据采集系统的故障产生原因 195
9.3.7 工业设备或传感器故障基本概念 197
9.3.8 常见工业设备或传感器的故障现象 198
9.4 实验过程 198
9.4.1 步骤一：基于Modbus的串口排障实验 199
9.4.1 步骤二：传感器数据传输实验 209
9.5 习题 216
项目十 工业互联网设备数据采集系统故障处理（2） 218
10.1 项目要求 218
10.2 学习目标 218
10.3 相关知识 218
10.3.1 工业智能网关网络连接方式 218
10.3.2 工业智能网关的检测方法 219
10.3.3 工业智能网关的故障标识的意义 220
10.3.4 设备故障的收集方法 222
10.3.5 收集设备故障信息的内容 223
10.3.6 故障信息数据的准确性的含义 225
10.4 实验过程 225
10.4.1 使用虚拟机构建一个复杂的网络架构 225
10.4.2 网络故障模拟、排查和恢复 242
10.5 习题 251