📘 工业设备联网与数据采集
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30章 · 实战方案
01
工业网络基础
工业以太网与现场总线概述
OSI模型与TCP/IP协议栈
工业网络拓扑结构 (星型/环型/线型)
02
主流工业协议解析
Modbus RTU/TCP协议原理
PROFINET协议特点
EtherNet/IP协议应用场景
03
数据采集硬件选型
PLC选型要点
工业网关功能对比
数据采集卡 (DAQ) 参数解读
04
传感器与执行器接入
模拟量信号 (4-20mA/0-10V) 采集
数字量信号 (DI/DO) 接线
温度/压力传感器校准
05
OPC UA与MQTT桥接
OPC UA服务器搭建
MQTT Broker配置
从OPC UA到MQTT数据转发实战
06
边缘计算节点部署
边缘网关硬件选型
Docker容器化部署采集程序
边缘侧数据清洗与缓存策略
07
SCADA系统搭建
SCADA软件选型 (WinCC/IFIX/开源)
标签变量管理
报警与事件记录
08
数据库选型与时序数据
关系型 vs 时序数据库
MySQL/PostgreSQL vs InfluxDB/TimescaleDB
数据建模与分区策略
09
RESTful API与数据接口
Flask/FastAPI搭建数据服务接口
API鉴权 (Token/API Key)
Swagger文档生成
10
数据可视化与仪表盘
Grafana数据源配置
ECharts图表集成
实时数据大屏设计原则
11
工业物联网平台接入
阿里云IoT/华为云IoT/ThingsBoard对比
设备影子与物模型设计
12
MQTT安全与TLS加密
证书生成与配置
双向认证机制
防火墙与端口策略
13
数据采集频率与缓存策略
高频采集(ms级) vs 低频采集(s级)
本地SQLite缓存与断点续传
14
PLC与上位机通信实战
S7协议 (西门子) Python实现
FINS协议 (欧姆龙) / MC协议 (三菱)
15
工业相机与视觉数据采集
GigE Vision协议
OpenCV图像采集 / ROI提取与压缩
16
RFID与条码数据采集
RFID读写器驱动集成
条码解码 (ZBar/ZXing) 与数据清洗
17
振动与状态监测数据采集
加速度传感器选型
FFT频谱分析 / 特征值提取 (RMS/峰值/峭度)
18
能源管理与电表数据采集
Modbus电表接入 / DL/T645协议解析
能耗数据聚合与分时统计
19
数据质量监控与异常检测
缺失值处理 / 异常值检测 (3σ/箱线图)
数据完整性校验 (CRC/哈希)
20
工业数据上云与边缘协同
云边协同架构设计
数据压缩 (差分编码/旋转门) 与带宽优化
21
OPC UA 安全与访问控制
用户认证 / 会话加密
审计日志配置
22
工业交换机与VLAN划分
工业交换机选型
VLAN配置 / QoS优先级标记
23
时间同步与NTP服务
工业网络时间同步重要性
NTP服务器搭建 / PTP (IEEE 1588) 简介
24
数据备份与容灾策略
本地冗余存储 / 云端冷热分层
灾难恢复演练方案
25
工业防火墙与网络安全
工业防火墙规则配置
入侵检测 (IDS) / 安全审计与合规
26
容器化与编排
Docker Compose管理多服务
Kubernetes边缘轻量部署 (K3s)
27
CI/CD与自动化部署
GitLab CI/CD流水线
Ansible自动化配置 / OTA固件升级
28
项目实战：产线数据采集与监控
需求分析 / 架构设计 / 模块开发
联调测试
29
项目实战：设备预测性维护
振动数据采集 / 模型训练 (孤立森林/LSTM)
告警推送
30
项目实战：能源管理平台
电表数据采集 / 能耗建模
碳排计算与报表生成