序
Preface
前言
第1章工業網絡基礎原理和技術 1
1 .1OSI參考模型和協議分層 1
1 .1 .1OSI七層參考模型 1
1 .1 .2TCP/IP族 2
1 .1 .3UDP與TCP 2
1 .2以太網基礎知識 6
1 .2 .1以太網概述 6
1 .2 .2CSMA/CD 6
1 .2 .3以太網幀結構 7
1 .2 .4衝突域和廣播域 7
1 .2 .5半雙工、全雙工、自協商 8
1 .2 .6MAC地址 9
1 .2 .7IP地址及子網掩碼 9
1 .2 .8網段 10
1 .2 .9IP地址的分類 10
1 .3網絡傳輸中的三張表 11
1 .3 .1MAC地址表詳解 11
1 .3 .2ARP緩存表詳解 12
1 .3 .3路由表詳解 13
1 .4工業以太網基礎 15
1 .4 .1工業以太網 15
1 .4 .2PROFINET 15
1 .4 .3EtherNet/IP 15
1 .5網絡安全技術基礎及基本功能 16
1 .5 .1VPN技術工作原理 16
1 .5 .2NAT技術工作原理 20
1 .5 .3Syslog功能簡介 22
1 .5 .4RADIUS功能簡介 23
1 .5 .5DHCP功能簡介 24
1 .5 .6NTP功能簡介 24
1 .6數字化工業網絡架構設計 25
1 .6 .1工業交換與路由設計思路 26
1 .6 .2工業無線設計思路 27
1 .6 .3工業網絡信息安全設計思路 27
1 .6 .4工業遠程運維設計思路27
1 .6 .5工業網絡管理繫統28
第2章工業網絡技術和應用 30
2 .1工業交換機SCALANCE X技術和應用 30
2 .1 .1工業交換機SCALANCE X產品
介紹 30
2 .1 .2工業交換機SCALANCE X的主要功能33
2 .1 .3交換機常用的管理功能 58
2 .1 .4交換機安全性功能 62
2 .1 .5工業交換機SCALANCE X的標準化方案 65
2 .2工業交換機RUGGEDCOM技術和應用 74
2 .2 .1西門子RUGGEDCOM繫列產品和功能介紹 74
2 .2 .2RUGGEDCOM繫列產品特性74
2 .2 .3豐富的二層設備功能 79
2 .2 .4三層設備功能 79
2 .2 .5網絡安全方案 80
2 .3RUGGEDCOM在220kV智能變電站“三網合一”項目中的應用 81
第3章工業無線技術的應用 88
3 .1工業無線局域網 88
3 .1 .1無線局域網基礎知識 88
3 .1 .2西門子工業無線局域網的產品介紹 104
3 .1 .3SCALANCE W 產品功能、特性 106
3 .2應用案例 133
3 .2 .1工業無線局域網在物流繫統中的應用 133
3 .2 .2工業無線局域網在汽車制造中的應用 138
3 .2 .3工業無線局域網在冶金料場的應用 142
3 .2 .4工業無線局域網在鋼鐵企業無人化天車的應用 144
3 .3工業寬帶無線網 147
3 .4工業寬帶無線RUGGEDCOM WIN產品介紹 148
3 .4 .1工業寬帶無線基站 148
3 .4 .2工業寬帶無線終端 149
3 .4 .3PoE供電模塊 150
3 .4 .4天線和附件 151
3 .4 .5產品安裝圖 152
3 .5應用案例 152
3 .5 .1工業寬帶無線網通用方案 152
3 .5 .2AeroMACS機場移動航空通信繫統方案 156
3 .6工業5G技術和應用 161
3 .6 .1工業5G基礎知識 161
3 .6 .2工業5G路由器SCALANCE MUM856-1產品 165
3 .6 .3西門子工業5G標準化解決方案 167
3 .6 .4工業5G典型應用場景 171
第4章工業網絡安全的技術和應用 178
4 .1工業網絡安全背景概述 178
4 .2工業網絡縱深防御理念 178
4 .2 .1工廠安全 180
4 .2 .2網絡安全 181
4 .2 .3繫統的完整性 184
4 .3產品介紹 185
4 .3 .1SCALANCE S繫列產品概述185
4 .3 .2SCALANCE S繫列功能特性 186
4 .3 .3產品功能和技術要點 187
4 .4標準化的應用方案 190
4 .4 .1防火牆Layer 3路由模式技術的應用 190
4 .4 .2防火牆Layer 2透明模式的應用 195
4 .4 .3防火牆IPSec VPN模式的應用 198
4 .4 .4標準化機器設備的NAT技術應用場景 201
第5章工業遠程通信的技術和應用 206
5 .1SINEMA Remote Connect遠程通信解決方案 206
5 .2SINEMA RC服務器支持的接入設備 207
5 .3SINEMA RC客戶端軟件 209
5 .4SINEMA RC繫統的部署和基本配置 209
5 .5SINEMA RC服務器的基本設置 210
5 .6Telecontrol遠程控制解決方案 212
5 .6 .1遠動控制通信協議簡介 212
5 .6 .2控制中心解決方案 213
5 .7遠程通信應用案例 219
第6章工業網絡管理平臺的功能和應用 221
6 .1SINEC NMS 221
6 .1 .1SINEC NMS軟件概述 221
6 .1 .2SINEC NMS的安裝和部署 222
6 .1 .3SINEC NMS主要功能介紹 225
6 .1 .4應用案例 239
6 .2SINEC INS 240
6 .2 .1SINEC INS軟件介紹 240
6 .2 .2Syslog功能和技術要求 241
6 .2 .3RADIUS功能和技術要點 245
6 .2 .4DHCP功能和技術要點 249
6 .2 .5NTP功能和技術要點 254
6 .3SINEC PNI基本功能介紹 257
第7章 工業識別的主要功能和應用 259
7 .1工業RFID射頻識別的主要功能和應用 259
7 .1 .1RFID基礎技術介紹 259
7 .1 .2西門子RFID產品介紹 263
7 .1 .3RFID功能和技術要點 268
7 .1 .4RFID的標準化解決方案 305
7 .2工業OID的主要功能和應用 312
7 .2 .1OID基本原理和繫統組成介紹 312
7 .2 .2西門子OID產品介紹 316
7 .2 .3西門子OID產品功能和技術要點 318
7 .2 .4西門子OID汽車行業標準化解決方案 328
第8章工業實時定位的主要功能和應用 335
8 .1UWB定位技術簡介 335
8 .1 .1UWB發展歷程 335
8 .1 .2UWB定位技術簡介 336
8 .2SIMATIC RTLS 340
8 .2 .1SIMATIC RTLS產品家族 340
8 .2 .2SIMATIC RTLS主要功能 343
8 .3SIMATIC RTLS行業應用 347
8

我國數字經濟的快速發展，對經濟社會和民生的影響程度越來越深，推動著生產、生活方式發生深刻的變革。尤其是在國家“十四五”規劃中，特別將“加快數字化發展、建設數字中國”單列成篇，提出“以數字化轉型整體驅動生產方式、生活方式和治理方式變革”，為新時期數字化轉型指明了方向。以數據資源為關鍵要素，以現代信息網絡為主要載體，以信息通信技術融合應用、全要素數字化轉型為重要推動力的數字經濟，正在成為很多地區的重點戰略方向，由此也帶來很多企業的數字化轉型需求。
企業的數字化轉型建立在高度發達的自動化和信息化基礎之上，西門子公司作為深耕自動化領域多年的行業領先者，具備全集成自動化（TIA)體繫架構。在TIA繫統中，體現了技術和業務流程的標準層級，現場層設備如分布式I/O、RFID、RTLS（實時定位繫統）、智能儀表、電源等處在第一級，控制繫統如PLC、CNC（計算機數控）等處在第二級，操作繫統如SCADA（監控與數據采集繫統）、DCS（集散控制繫統）、NMS(網絡管理繫統）等處在第三級，制造管理繫統如MES（制造執行繫統）等處在第四級，而隨著各種雲服務和IoT（物聯網）平臺在工業中應用範圍的擴大，典型的層級模型已經擴展到第五級，包括如Mindsphere、Edge APP、Digital Twin（數字孿生）等。在TIA工業網絡架構中，各層級之間的數據通信應用最廣的是各種工業以太網協議，如Profinet，支撐各層級間以及繫統內部的數據通信。
數字化企業需要一套綜合了互聯互通、快速恢復、網絡安全、靈活擴展等多個因素的網絡架構，網絡的設計需要考慮分級分層、鏈路冗餘、縱深防御、智慧互聯、遠程運維、網絡管理等多個維度。
各種業務繫統、數字化應用APP、雲服務、低代碼APP等實時地與生產現場的控制器和智能設備進行通信，以獲取數據、發送指令，這使得IT和OT之間的互通性、交互性更強，傳統的IT和OT各自獨立的網絡架構顯然無法適應這種發展，IT/OT融合的網絡架構纔能滿足需求，但作者根據多年的從業經驗發現，從IT角度出發建設工廠的OT生產網絡並不能滿足生產的需求，如實時性、安全性、高靈活性、可擴展性等，隻有從OT的需求出發建設的網絡纔能滿足生產需求，隻有高度集成化的網絡通信纔能夠支持企業數字化轉型。同時，在工業網絡的建設中，除了要考慮各業務繫統間的互聯外，還必須考慮信息安全，以便實現安全可控的繫統應用。
西門子公司在工業通信和識別領域擁有幾十年的發展歷程，具備全繫列工業通信產品，以及使現場設備實現智能化的工業識別和定位產品，在多個行業（如汽車、冶金、制藥、物流、化工等）積累了非常多的應用案例，致力於為工業客戶實現IT/OT融合、構建數字化轉型提供支持和保障。面向未來，西門子公司在關鍵創新技術(如工業5G、TSN、雲連接、網絡管理和網絡安全等)方面做出了多項創新，不斷地推出更多的新產品和解決方案，滿足工業客戶在構建全連接工廠方面的需求。
總之，為了滿足工業客戶數字化轉型的需要，建設穩定可靠、可擴展的工業網絡架構是重中之重，而高質量的網絡設備、豐富的行業經驗和解決方案、專業的服務和培訓是支撐架構的重要因素。作者發現，很多行業客戶對於工業網絡建設還停留在初級的認識階段，重視不足，設計和使用人員也不具備豐富的網絡通信的基礎知識和項目經驗，自行設計的網絡架構往往無法滿足業務需要，導致通信成為阻礙數據交互的瓶頸，甚至頻繁出現斷網等事故而影響生產，給企業數字化轉型帶來了挑戰。
本書致力於從應用的角度出發，向讀者闡釋原理、分享西門子工業通信與識別產品的典型應用和配置方案，幫助讀者學以致用，幫助企業培養專業人纔。

劉姝琦
2023年5月