数字化时代工业通信与识别技术和应用 机械工业出版社 在线下载 pdf mobi 2025 epub 电子版

在制造型企业数字化转型的进程中，企业的各业务系统之间数据通信的速度和质量是数字化转型的重要组成部分，数字化企业需要从分级分层、纵深防御、智慧互联、远程运维、网络管理等多个维度，综合业务的需求建设工业网络，这需要建设者具备专业的知识和能力。

本书由西门子（中国）有限公司数字化互联与电源部门的各位资深技术工程师撰写，从工业通信、工业识别与实时定位的技术、产品和典型应用多个维度，结合多年的项目实践经验，系统地为读者呈现工业网络、识别和定位技术的原理、常见功能组态、标准方案等，并力图阐述工业5G、边缘计算等创新技术，使读者能够系统而快速地学以致用，在数字化的浪潮中从容应对。

本书适合从事工业通信的工程师、从事工业控制且希望拓展通信技术的工程师、工业网络的设计和维护者，以及高等院校相关专业的师生阅读。相信本书能够成为读者手边颇有价值的参考书籍。

序

Preface

前言

第1章工业网络基础原理和技术1

1.1OSI参考模型和协议分层1

1.1.1OSI七层参考模型1

1.1.2TCP/IP族2

1.1.3UDP与TCP2

1.2以太网基础知识6

1.2.1以太网概述6

1.2.2CSMA/CD6

1.2.3以太网帧结构7

1.2.4冲突域和广播域7

1.2.5半双工、全双工、自协商8

1.2.6MAC地址9

1.2.7IP地址及子网掩码9

1.2.8网段10

1.2.9IP地址的分类10

1.3网络传输中的三张表11

1.3.1MAC地址表详解11

1.3.2ARP缓存表详解12

1.3.3路由表详解13

1.4工业以太网基础15

1.4.1工业以太网15

1.4.2PROFINET15

1.4.3EtherNet/IP15

1.5网络安全技术基础及基本功能16

1.5.1VPN技术工作原理16

1.5.2NAT技术工作原理20

1.5.3Syslog功能简介22

1.5.4RADIUS功能简介23

1.5.5DHCP功能简介24

1.5.6NTP功能简介24

1.6数字化工业网络架构设计25

1.6.1工业交换与路由设计思路26

1.6.2工业无线设计思路27

1.6.3工业网络信息安全设计思路27

1.6.4工业远程运维设计思路27

1.6.5工业网络管理系统28

第2章工业网络技术和应用30

2.1工业交换机SCALANCEX技术和应用30

2.1.1工业交换机SCALANCEX产品介绍30

2.1.2工业交换机SCALANCEX的主要功能33

2.1.3交换机常用的管理功能58

2.1.4交换机安全性功能62

2.1.5工业交换机SCALANCEX的标准化方案65

2.2工业交换机RUGGEDCOM技术和应用74

2.2.1西门子RUGGEDCOM系列产品和功能介绍74

2.2.2RUGGEDCOM系列产品特性74

2.2.3丰富的二层设备功能79

2.2.4三层设备功能79

2.2.5网络安全方案80

2.3RUGGEDCOM在220kV智能变电站“三网合一”项目中的应用81

第3章工业无线技术的应用88

3.1工业无线局域网88

3.1.1无线局域网基础知识88

3.1.2西门子工业无线局域网的产品介绍104

3.1.3SCALANCEW产品功能、特性106

3.2应用案例133

3.2.1工业无线局域网在物流系统中的应用133

3.2.2工业无线局域网在汽车制造中的应用138

3.2.3工业无线局域网在冶金料场的应用142

3.2.4工业无线局域网在钢铁企业无人化天车的应用144

3.3工业宽带无线网147

3.4工业宽带无线RUGGEDCOMWIN产品介绍148

3.4.1工业宽带无线基站148

3.4.2工业宽带无线终端149

3.4.3PoE供电模块150

3.4.4天线和附件151

3.4.5产品安装图152

3.5应用案例152

3.5.1工业宽带无线网通用方案152

3.5.2AeroMACS机场移动航空通信系统方案156

3.6工业5G技术和应用161

3.6.1工业5G基础知识161

3.6.2工业5G路由器SCALANCEMUM856-1产品165

3.6.3西门子工业5G标准化解决方案167

3.6.4工业5G典型应用场景171

第4章工业网络安全的技术和应用178

4.1工业网络安全背景概述178

4.2工业网络纵深防御理念178

4.2.1工厂安全180

4.2.2网络安全181

4.2.3系统的完整性184

4.3产品介绍185

4.3.1SCALANCES系列产品概述185

4.3.2SCALANCES系列功能特性186

4.3.3产品功能和技术要点187

4.4标准化的应用方案190

4.4.1防火墙Layer3路由模式技术的应用190

4.4.2防火墙Layer2透明模式的应用195

4.4.3防火墙IPSecVPN模式的应用198

4.4.4标准化机器设备的NAT技术应用场景201

第5章工业远程通信的技术和应用206

5.1SINEMARemoteConnect远程通信解决方案206

5.2SINEMARC服务器支持的接入设备207

5.3SINEMARC客户端软件209

5.4SINEMARC系统的部署和基本配置209

5.5SINEMARC服务器的基本设置210

5.6Telecontrol远程控制解决方案212

5.6.1远动控制通信协议简介212

5.6.2控制中心解决方案213

5.7远程通信应用案例219

第6章工业网络管理平台的功能和应用221

6.1SINECNMS221

6.1.1SINECNMS软件概述221

6.1.2SINECNMS的安装和部署222

6.1.3SINECNMS主要功能介绍225

6.1.4应用案例239

6.2SINECINS240

6.2.1SINECINS软件介绍240

6.2.2Syslog功能和技术要求241

6.2.3RADIUS功能和技术要点245

6.2.4DHCP功能和技术要点249

6.2.5NTP功能和技术要点254

6.3SINECPNI基本功能介绍257

第7章工业识别的主要功能和应用259

7.1工业RFID射频识别的主要功能和应用259

7.1.1RFID基础技术介绍259

7.1.2西门子RFID产品介绍263

7.1.3RFID功能和技术要点268

7.1.4RFID的标准化解决方案305

7.2工业OID的主要功能和应用312

7.2.1OID基本原理和系统组成介绍312

7.2.2西门子OID产品介绍316

7.2.3西门子OID产品功能和技术要点318

7.2.4西门子OID汽车行业标准化解决方案328

第8章工业实时定位的主要功能和应用335

8.1UWB定位技术简介335

8.1.1UWB发展历程335

8.1.2UWB定位技术简介336

8.2SIMATICRTLS340

8.2.1SIMATICRTLS产品家族340

8.2.2SIMATICRTLS主要功能343

8.3SIMATICRTLS行业应用347

……

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  日前漫画之神井上接受采访时表示，自己目前最大的愿望是希望能尽快把浪客行完结，虽然井上连载是出了名的龟速，但是当被问到有没有可能再画灌篮高手续集时候，他笑而不语，没说不也没说好，换言之我们希望还是大大的，而且经过人生这么多挫折磨练，已经蜕变成全日本漫画之神的井上如果过两三年再出手，将灌篮高手在青年杂志上连载，想必定会掀起另一股狂潮吧。

  想到这个，我就不得不说下心里的一个疑问，灌篮高手最后一场全国大赛，我看了不下50遍，每次看都不得不疑问，山王工高到底怎么输给湘北的，从数据和战绩上看，在现实生活中0.1%输的可能性也没有。为什么，为什么？

  我们先看下山王工业的简介：

  山王工业高中：该校的篮球队是一支强大的BOSS级别球队，全国第一的常胜之师，高中篮球界的“神话”。山王工业历史悠久，30年来一直是秋田县的一号种子队，全国大赛的常胜之师，是名震全国的劲旅，球队实力远远凌驾于全国任何一支高校篮球队之上，即使在大学篮球队中也鲜有对手，是名副其实的卫冕冠军。

  在湘北那个年代，山王球队的情况是：

  篮板王野边将广，身高199cm 比赛也抓过N多篮板，日本第一控球后卫深津、日本第一中锋河田以及日本第一的高中篮球选手、王牌：泽北。该球队已在全国大赛中连续三年夺得冠军。在上一届的全国大赛半决赛中以30分的优势轻松击败神奈川的一号种子：王者·海南。

  当时比赛的情况是这样：

  1，在前一年的全国大赛夏季赛时候，山王VS季后赛时期并有身高优势时的海南（当时的海南只会比现在更强） = 30分血洗大屠杀而湘北从未战胜过海南

  2，山王在前一晚上的陪练对象是大学男篮明星球员队并且训练不遗余力，以猛虎扑兔之势，志在必得，同时以恐怖的大比分血洗明星队，而此球队实力远远高出湘北

  3，赤木刚宪被河田雅史克制，甚至可以说是完爆。

  河田雅史 全能型中锋 堪称高中校界第一中锋 日本国家队中锋认为他在大学也是三大中锋之一 要力量有力量 要技术有技术 位置打遍1至5号位

  4，流川枫被全日本第一球员泽北荣治彻底完爆，在下半场甚至有相当长时间连球都碰不到。皇者，泽北荣治也！

  5，全日本第一控球后卫 深津一成 一身兼具防守进攻组织三大技能、冷酷智能型控卫 比宫城高了15厘米以上，速度过人 头脑冷静 眼神犀利可杀人吮血 应变能力、场上指挥能力出色 领袖风范尽显无遗，去年全国大赛对战海南的外星怪兽牧绅一全面压制，彻底将之冻结！而湘北的后卫宫城莫说牧绅一，连藤真都从未赢过

  6，全日本最佳第六人松本稔，技术非常全面，泽北不在场上时，他就是山王的王牌。可以胜任场上任何位置，登场时轻松晃三井，过流川，打赤木，全场一条龙得分，他在日本任何一支其它球队，都是名副其实的皇牌！

  7，山王是传统强队 卫冕冠军队 人员齐整 星光熠熠 大赛经验丰富 什么场面没见过 板凳球员实力极其深厚，很多都是在外校足够打主力的球员也愿意过来打替补 教练也应该是老谋深算 懂得悉心调教

  反观湘北 从未打过全国阶段淘汰赛 连陪太子读书的机会也没有

  宫城太矮 流川体能有限 山井两年空白体力差的一塌糊涂状态极不稳定 樱木就是个新丁 状态比三井还不稳定 赤木作为传统型中锋，体力有限进攻套路极为单调被大河田彻底封杀，而且板凳实力极其弱小，最佳板凳眼镜哥暮目恐怕在山王高工连板凳末端饮水机看守员的

  资格都混不上 更不要提其他人

  8，纵观整场比赛，湘北可以说就是被山王彻底完爆之，只有死缠烂打的份，一直到最后一秒才靠樱木的压哨球勉强反败为胜

  所以，按照正常的逻辑和常识，在实力差距如此之大的情况下，湘北不要输个50分60分就已经很了不起交出完美答卷了，但是樱木流川赤木宫城三井他们怎么可能会赢？我想不通，怎么都想不通？

  你们认为湘北会赢靠的是什么？

  靠的是团队的团结嘛？靠的是宫城的飞快速度和跑不死的体力嘛？靠的是樱木的爆发和全场抢篮板的牛叉功力嘛？靠的是赤木篮球意识进化主动做墙帮三井流川挡拆嘛？靠的是流川的全面技术进化，全场一条龙彻底打败山王嘛？最重要的，靠的是三井的三分能力全面爆发小拇指勾下全场就自动GPS系统神准射入篮筐嘛？

  No，都不是这样的，虽然进入下半场时期的湘北诸位，突然一瞬间各个都完成进化，眼神顿时空洞呆滞空灵，脑海中似乎有一颗坚果类的种子迸射，然后一个个头发直竖瞬间暴走走位配合射篮进攻完美无比，但是你们忽略了这点，湘北全体进化之后的水平，可能还是打不过山王。

  你们认为在全场紧逼战术下，全日本第一控球后卫深津一成靠他高了足足15CM的个头怎么可能放不住宫城？自信已经完全被大河田彻底摧毁的赤木光靠大彻大悟挡挡拆怎么可能激活全队？在经验丰富的全日本第一中锋的大河田的看管和压制下，樱木怎么可能在他头上飞来飞去，任意摘篮板？

  你们都忽略在这一切惊人的进化+特技+奇迹之后的一位老人，一位胖胖可爱，满头白发，寒光闪闪的眼镜下总是有着锐利的眼神的老人

  他就是，前日本国家队国手 前某著名大学校队教练 现湘北高校篮球队教练——安西光义！

  看到这一连串牛逼的头像，你们还会以为他只是个整天笑呵呵的老好爷爷白发佛吗？错，大错特错！在作为全日本职业男篮人才培养基地的高中篮球界，他，就是上帝！

  联想到他个人的传奇履历和他在全国大赛前一天晚上还能安然入睡的冷静（当时所有人包括湘北自己都认为会输），我不由的嗅出一丝阴谋，一个惊天的大阴谋，那就是全日本男篮要彻底驱逐“废物球员”泽北荣志的阴谋。

  说到泽北荣志这个人，你们想到了什么？

  超高的弹跳？挺拔的身高？光电般的速度？精准的篮球智商？神准的三分中投？穿针引线轻松无比的传球？轻松激活全队的球场支配能力？

  大家都不会想到这个吧

  相反，大家对此人第一个印象就是打球太独，几乎完全不传球，全部都是独来独往，此外就是，他从三个月就开始接触篮球，有个好爸爸和好环境，而那个时期的流川三井他们，可能想打篮球都找不到场地

  这么一想，就会觉得很奇怪了，因为大神井上描写牛叉人物的时候，往往都会强调身体素质，不管是弹跳速度身高，就连小河田那样的废柴都强调了他210的身高，可是对泽北却一笔带过

  换言之，泽北是在畸形的，功利性十足的家庭环境中培养出来的，而流川三井等人打球完全是靠个人兴趣和个人天赋，泽北现阶段比他们强，仅仅是因为他比他们多打了几年单对单罢了，论天赋，他可能比爱和学院的爱知之星还要差！

  由此我可以大胆断定，再过3年，不，两年，泽北肯定会被流川三井等等远远超越——你看流川仅仅是在现场学会了传球就轻松过泽北如入无人之地了，而泽北全场没能抵挡得了三井的任何一发三分，这两年后还得了？此人去美国留学，依照他亚洲人的身高和身体素质，不到半年就会彻底被教练封杀，从此籍籍无名，以后又是另一个谷泽

  那么他在山王是个什么情况呢？

  仗着自己多打了几年篮球到处做球霸，和校领导关系很好（老爹贿赂的），顶撞教练堂本五郎，无视队长深津一成，对明星中锋大河田毫无尊敬，并利用个人职权全面压制技术身体潜力和前途都无限的松本稔，可以说那个时候的山王，已经到了分崩离析的边缘！

  而安西教练，正是针对此状况出手的。

  全国大赛的卧底阴谋论

  编剧：安西教练

  导演：堂本五郎

  演员：深津一成 河田雅史 松本稔 野边将宏等人

  在全国大赛名单没公布前，安西教练就利用自己的身份地位和人脉（他的学生定然是遍布日本篮协的）拿到了大赛日程，当知道自己的球队第二场就对上了山王工高之后，为了保护球队和自己心爱好苗子的篮球自信，安西就找到了自己当年指导的球员，一直对自己感恩戴德，现在已经在山王担任主教练的堂本五郎！（不要怀疑，按照两人的年龄来看，完全是有可能的）

  安西此生的梦想就是为日本男篮输送最多的人才，尤其是迈克尔乔丹似的人才，他为此没有接受日本篮协主席的挽留，拒绝了日本国家队主教练的职位，去了大学学界，但是来到了深体大之后，发现篮球苗子还是要从高中开始发掘啊！

  于是他选择了一所最普通的湘北高校，留心观察

  那么问题来了，为什么他不选择山王这样的高中呢？

  所以说姜还是老的辣，安西要找的是天才，是苗子，而这类名校的学生的潜力多半已经被挖掘殆尽了，只有自己第一手调教的，才可能成才——所以他才如此钟爱流川和樱木

  所以安西一到山王，就是和堂本谈泽北的问题

  泽北同学名扬天下，安西怎么可能不认识，但很快堂本就和老师意见一致了：球员的潜力问题

  堂本啊，不出两年，流川和樱木定当名扬全日本，倒时候泽北肯定默默无闻，你怎么办？

  那老师的意思是？

  假设，我说的仅仅是假设啊，如果你们这次全国大赛输了，然后你借机答应泽北让他远飞美国，同时借此机会向董事会施压，要求从组球队，这一切都自然而然——我听说你那里有好几个球员都不服管吧。

  啊对

  还有，你这么年轻，应该不会一辈子只满足于做个普通的高中教练吧，当年传我衣钵的人一个都没有，我听说深体大现在好像还有个助理教练的空缺，校长以前是我师弟，听说他正在发愁。。。我是老啦，对大学学界没什么兴趣了，可是世界是年轻人的，希望都在你们手上啊

  老师您说的一点都没错，我知道该怎么做了！

  安西走后，堂本就找到了全队中最憋气，受泽北欺负最多的松本了

  松本，听说你上个月申请转学？

  没有没有老师，我怎么敢呢，虽然现在被打压的厉害，但是明年不就更好了？您知道泽北也要出国了，我想国三应该就是我的时代了吧

  可是我听说泽北好像打算高中毕业才出国诶

  什么？！

  唉，松本啊，我也替你不值啊，你看你哪点比不上泽北？可是每次校董都命令我首发泽北，老师我也很无奈啊

  我完全理解老师您的苦心

  我是在想，你肯定不甘心高中都只做个替补吧，听说你家里也挺困难，大学学费你都在头痛吧，但是只做替补，恐怕体育奖学金拿不到吧

  唉。。。

  假设，假设啊，我们这次比赛，把球全部传给泽北，然后不跟他配合，让他自己单对单，你觉得他会怎么想？

  那个单纯鬼肯定高兴的要死啊！

  但是那样你觉得我们会赢么？

  肯定不会啊，篮球是团体运动，如果不能发挥我，河田前辈和深津前辈的作用，比赛根本打不下去啊

  但是，但是，假如说哈，我们因此输掉了比赛，然后我跟董事会施压，你们大家也都说是泽北的责任，我再说服他的富二代老爹，跟他说国内的环境不适合泽北的发展，最好出国，这样明年我肯定把你提为皇牌，让你大放异彩，你觉得这样会好么？

  这样不太好吧。。。您是在让我们打假球吗？

  你个傻孩子，这怎么是打假球呢？这是巧妙的战术，你也知道我们山王表面风光，但内在问题多多，如果不重组队伍，根本无法一直保持我们的高水准，再说你不愿意当皇牌么？大学奖学金不想要么？我听说深体大的校长可是我大学时代的导师的学弟啊

  老师我明白了！我会听从你的指示的！

  之后堂本如法炮制，和大河田以及深津秘密交谈了一次，当然这一切都是背着球霸 泽北的

  所以，我们就见到了比赛那神奇的一幕幕：

  作为中投神准，还高了15CM的深津，全场居然没投几个球，完全是默默无闻的防守，还故意装作力有不逮，被宫城反复突破，如果深津愿意跳投，那么完全可以在宫城头上打打2+1，彻底将湘北射爆

  作为全日本第一中锋的大河田，全场也几乎没有得分，到了下半场最关键时候，接到球也不是立刻起跳暴扣，而是装作惧怕樱木，而把球传给泽北，另外他完全可以完爆赤木和樱木，但是他没那么做，下手还是相当轻柔的，只压制了樱木一次后就避开和其正面对轰

  6号松本表现的尤其故意，因为湘北实在太弱，山王已经把实力降到最低来打了，再降就要被人怀疑打假球了，但是湘北还是不小心就落后了20分，连一个小小的泽北都防不住，流川也太垃圾了吧！于是他把焦点放到三井身上，主动要求放三井，并故意漏掉好几个三分，尤其最后比分无法拉平时候故意犯规，给三井打四分的机会——否则凭三井当时的身体状况，如果不是松本故意放水，他连球框都够不着

  教练堂本表现的尤为弱智，最后还是不小心超了10分，完全可以拖慢比赛节奏磨死湘北的，但是他说我们要堂堂正正的对决，这个就是我们山王的风格！果然是一代演技大师，打假球的意图就这么轻轻松松掩盖过去的，尤其是山王的最后一球最明显，深津接到球为什么不拖一下而是立刻传球？然后泽北得分。。。还留给湘北4秒钟时间，如果没有那4秒，湘北死定了，为什么最后一球要快攻？很明显，这是堂本故意安排导致

• 月亮代表我的心

  作者：sweetii 发布时间：2009-09-11 20:17:28

  击壤歌

  日出而作。日入而息。

  凿井而饮。耕田而食。

  帝力于我何有哉。

  我问他，我今天写个什么好？他说，月亮。因为我早晨上班的时候看见月亮挂在天上，是弯弯的一轮新月。我说那我写击壤歌好不好？他说，可是我看见的是月亮。我说，那击壤歌写的就是八小时以外。他说，但我是上班路上看见的呀。又说，月亮代表深情和缠绵。我说，不是月亮代表我的心吗？

  这话真奇怪，月亮怎么代表我的心，难道是变来变去，一个月才圆满一回吗？只一回。真可怜，应该太阳代表我的心，天天红彤彤暖洋洋，即使阴天，你看不见它，它还是圆满着。可是不行，我还是要写击壤歌。我现在每天就像写日记一样写一首古诗，因为好象诗歌中有生命，又因为我的生活里有诗歌。都说中国人最爱的是诗歌，唐诗三百首是永恒的畅销书。可不是，我小时候，还不会怎么说话，就已经会背好多唐诗宋词，虽然父亲带着我在陌生人面时要背诵就心里打鼓，可是终究还是会背很多。小时候不晓得长大会遭遇什么，只想大约和自己已经会背的诗一样，于是远远的世界也只是青山横北郭，白水绕东城。世界必定是如此，难道还有别的可能性？除了幼儿园我的世界就是诗歌。

  现在知道不那么简单，可是只要你辞职在家，做一门手艺活，一样是日出而作，日入而息。只是比上班更辛苦，上班的时候我是九点钟上MSN，现在是一起床就上，早晨六点一直挂到夜里十点，不管是工作伙伴还是熟人朋友，统统是七乘二十四小时的在线响应。不简单啊。可是把生活理解成上班也没什么不好？只是我不是一个一般有事业心的人罢了。

  于是知道安心上班的人也是不易。日出而作也不是那么容易的事情。试想没有一个打卡机在等你，或没有一笔生意非今天签署协议不可，何必早晨懒懒地起床，振作精神扮演勤奋人。又或者没有一个温暖的家或幼儿园里的小宝贝，又何必在做得兴奋时收工。我们的生活里责任太多，不论是对人还是对己，并不是真能够按照生物钟来存活，生物钟是最基本的人权标记。可是人人都还是为此感到不自由。自由这玩意像是玻璃杯里的开水，仿佛清澈，其实够烫，不见得真正舒服，可是却是一个象征，表明你没有被物质文明所污染，其实也是物质文明时代才有的新向往。

  再说凿井而饮，似乎也无此必要，何况也不能实现，我们生活所需与实际上所得并不超过自己双脚大小的一块地面，水井是想也不要想的奢侈。农民现在也是种经济作物更多，真正能够以自己双手养活自己，而不需与社会达成契约的人，整个地球上都没有。现代文明无孔不入，你有什么办法。

  但是片刻的自由是可以的，你可以辞职在家，休息那么三五个月，你可以在小花盆里种上一棵燕麦，仿佛超市购得的麦片中也有你的一份辛劳在。都是自欺欺人啊，帝力如何可能不占有你的全部尊严与自由？

  唯有爱情可以使人安宁，可是爱情天生不是安宁的东西，它叫你心里的小鹿日出而作，日入而息，自有它的逻辑，不会听你的劝阻，就连月亮或潮汐也无法控制它的存灭，只是强烈与否可以看看天气。

  但是他说，你不会算数啊，早上六点到夜里十点，那是十六个小时好不好？怎么变成七乘以二十四小时了。我说，你就是那个笑话里讲的，大女婿写诗说明月一片照姑苏，小女婿是个写公文的，说是应写作明月一片照姑苏及各处。

  这样我就终于从击壤歌写到了月亮。