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5G、人工智能与工业互联

作者: 朱彦鹏孙伟武志超吕东范国权

出版社: 经济日报出版社

出版时间: 2023-05

版次: 1

ISBN: 9787519611873

定价: 80.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 计算机与互联网

工业4.0时代数据做为生产资料将改变传统的生产方式，我们称之为数字经济或行业数字化。数字经济时代，增加了大数据、人工智能、云计算、5G、边缘控制、低代码平台、数字孪生与仿真等全新的生产要素，这就对从业者提出全新的技能要求，要求他们具备同时具备IT、OT、CT技术能力。本书正是在这个人才培养需求下编写，核心章节包含了5G关键技术、5G-PLC上云通信、IOT数据中台、低代码平台、图像识别与PLC闭环控制，课程设计简单高效地将OICT技术融合，使学员能够快速掌握数字化技术的核心技能。 1.朱彦鹏国家人力资源和社会保障部教育培训中心党委书记、主任。

2.孙伟现任中国通信工业协会5G专业委员会主任。

3.武志超任职于天津工业大学控制科学与工程学院仪器科学与技术专业，其研究方向为精密检测技术、工业互联网，主要研究方向是检测技术与自动化装置、工业互联网。

4.吕东任职于天津大学两年随后于2019年转到天津师范大学计算机信息工程学院自动化信息管理专业担任讲师，其研究方向为边云结合控制系统。

5.范国权副教授，医学博士，生物统计学博士后，中国通信工业协会5G专委会副主任委员，山西老年医学会精准分会会长，山西省家庭教育学会监事，现在山西医科大学微生物与免疫教研室工作，研究方向为精准医学在临床的应用研究；5G技术在医学中的应用研究；航空航天医学的研究。目录

1. 前言

1.1 5G、人工智能与工业互联网技术之间的关系............................................... 001

1.2 培养目标.............................................................................................. 001

1.3 课程体系.............................................................................................. 002

2. 5G 通信

2.1 大规模 MIMO 的详细介绍....................................................................... 005

2.1.1 弗里斯传输公式........................................................................... 006

2.1.2 mMIMO 优点.............................................................................. 008

2.1.3 应用场合..................................................................................... 010

2.2 UPF 核心技术介绍................................................................................. 010

2.2.1 UPF 背景介绍.............................................................................. 011

2.2.2 UPF 功能简介.............................................................................. 012

2.2.3 UPF 分流技术.............................................................................. 014

2.2.4 UPF 部署方式.............................................................................. 018

2.3 切片技术.............................................................................................. 022

2.4 移动边缘计算（MEC）........................................................................... 029

2.4.1 云边协同应用场景........................................................................ 029

2.4.2 云边协同参考框架........................................................................ 030

2.4.3 MEC 的云边协同.......................................................................... 031

2.5 5G 通信技术实践................................................................................... 034

2.5.1 路由器配置前准备........................................................................ 034

2.5.2 登录配置页面............................................................................... 035

2.5.3 网络配置..................................................................................... 036

2.5.4 SIM 卡 2/3/4/5G 方式上网............................................................. 037

2.5.5 APN 设置表................................................................................ 038

2.6 通过 5G 网络配置 IOT 数据中台实验......................................................... 038

2.6.1 操作说明..................................................................................... 040

2.6.2 创建账号、密码........................................................................... 040

2.6.3 创建订阅、发布话题..................................................................... 041

2.6.4 设备与话题绑定........................................................................... 042

3. 边缘控制 5G-PLC 控制器原理及实验

3.1 基础继电控制....................................................................................... 045

3.1.1 继电器、接触器........................................................................... 045

3.1.2 时间继电器.................................................................................. 045

3.1.3 主令电器..................................................................................... 046

3.1.4 电气控制线路............................................................................... 046

3.1.5 自锁控制..................................................................................... 047

3.1.6 互锁控制..................................................................................... 047

3.1.7 顺序控制..................................................................................... 048

3.2 5G-PLC 控制器基本原理......................................................................... 048

3.2.1 工作原理..................................................................................... 049

3.2.2 输入接口电路............................................................................... 049

3.2.3 输出接口电路............................................................................... 050

3.3 SoMachine Basic 编程软件.................................................................... 050

3.3.1 起始界面..................................................................................... 050

3.3.2 主界面........................................................................................ 052

3.3.3 编程操作..................................................................................... 057

3.3.4 任务管理..................................................................................... 058

3.4 PLC 控制器实践.................................................................................... 061

3.4.1 TM200-5G 控制器硬件特性............................................................ 061

3.4.2 基本指令练习............................................................................... 063

3.4.3 计时器实验.................................................................................. 064

3.4.4 ModBus 通信实验........................................................................ 068

3.4.5 电机控制实验............................................................................... 072

3.4.6 门禁系统模拟实验........................................................................ 075

4. 云端控制 - 低代码物联网开发平台原理与实验

4.1 node-red 系统简介............................................................................... 079

4.1.1 node-red 系统简介....................................................................... 079

4.1.2 node-red 历史............................................................................. 080

4.2 node-red 系统初识............................................................................... 082

4.2.1 系统界面..................................................................................... 082

4.2.2 模块与节点.................................................................................. 084

4.3 组态与应用实践.................................................................................... 113

4.4 数据中台与云计算实践........................................................................... 120

4.4.1 MQTT 通信协议原理.................................................................... 120

4.4.2 node-red 中控平台设计................................................................ 123

5. 人工智能原理与实验

5.1 引言：智能工厂.................................................................................... 129

5.1.1 工业大数据引领制造业转型发展...................................................... 129

5.1.2 工业 4.0 环境下的大数据价值体系................................................... 131

5.1.3 工业大数据的典型应用领域............................................................ 132

5.2 人工智能与机器学习.............................................................................. 133

5.2.1 什么是人工智能........................................................................... 133

5.2.2 机器学习与模式识别..................................................................... 134

5.2.3 神经网络..................................................................................... 135

5.3 图像处理.............................................................................................. 137

5.3.1 数字图像的基本概念..................................................................... 138

5.3.2 常用图像格式............................................................................... 139

5.3.3 数字图像的分类........................................................................... 140

5.3.4 数字图像处理系统........................................................................ 141

5.3.5 数字图像处理的工程应用............................................................... 141

5.3.6 数字图像处理的主要内容.............................................................. 142

5.4 人工智能模式识别实践........................................................................... 143

5.4.1 网络摄像头信息采集..................................................................... 144

5.4.2 人工智能识别平台应用.................................................................. 152

5.4.3 node-red 项目门禁系统构建.......................................................... 155

6. 综合实践

6.1 边云融合控制综合实践........................................................................... 163

6.1.1 PLC 程序设计.............................................................................. 163

6.1.2 云端系统构建............................................................................... 164

6.2 5G 人工智能综合实践........................................................................... 170

6.2.1 PLC 程序设计.............................................................................. 170

6.2.2 云端程序设计............................................................................... 171

7. 参考文献

1. 前言..................................................................................................... 181

2. 5G 通信................................................................................................. 181

3. 边缘控制 5G-PLC 控制器原理及实验........................................................... 183

4. 云端控制 - 低代码物联网开发平台原理与实验............................................... 183

5. 人工智能原理与实验................................................................................ 184
内容简介:
工业4.0时代数据做为生产资料将改变传统的生产方式，我们称之为数字经济或行业数字化。数字经济时代，增加了大数据、人工智能、云计算、5G、边缘控制、低代码平台、数字孪生与仿真等全新的生产要素，这就对从业者提出全新的技能要求，要求他们具备同时具备IT、OT、CT技术能力。本书正是在这个人才培养需求下编写，核心章节包含了5G关键技术、5G-PLC上云通信、IOT数据中台、低代码平台、图像识别与PLC闭环控制，课程设计简单高效地将OICT技术融合，使学员能够快速掌握数字化技术的核心技能。
作者简介:
1.朱彦鹏国家人力资源和社会保障部教育培训中心党委书记、主任。

2.孙伟现任中国通信工业协会5G专业委员会主任。

3.武志超任职于天津工业大学控制科学与工程学院仪器科学与技术专业，其研究方向为精密检测技术、工业互联网，主要研究方向是检测技术与自动化装置、工业互联网。

4.吕东任职于天津大学两年随后于2019年转到天津师范大学计算机信息工程学院自动化信息管理专业担任讲师，其研究方向为边云结合控制系统。

5.范国权副教授，医学博士，生物统计学博士后，中国通信工业协会5G专委会副主任委员，山西老年医学会精准分会会长，山西省家庭教育学会监事，现在山西医科大学微生物与免疫教研室工作，研究方向为精准医学在临床的应用研究；5G技术在医学中的应用研究；航空航天医学的研究。
目录:
目录

1. 前言

1.1 5G、人工智能与工业互联网技术之间的关系............................................... 001

1.2 培养目标.............................................................................................. 001

1.3 课程体系.............................................................................................. 002

2. 5G 通信

2.1 大规模 MIMO 的详细介绍....................................................................... 005

2.1.1 弗里斯传输公式........................................................................... 006

2.1.2 mMIMO 优点.............................................................................. 008

2.1.3 应用场合..................................................................................... 010

2.2 UPF 核心技术介绍................................................................................. 010

2.2.1 UPF 背景介绍.............................................................................. 011

2.2.2 UPF 功能简介.............................................................................. 012

2.2.3 UPF 分流技术.............................................................................. 014

2.2.4 UPF 部署方式.............................................................................. 018

2.3 切片技术.............................................................................................. 022

2.4 移动边缘计算（MEC）........................................................................... 029

2.4.1 云边协同应用场景........................................................................ 029

2.4.2 云边协同参考框架........................................................................ 030

2.4.3 MEC 的云边协同.......................................................................... 031

2.5 5G 通信技术实践................................................................................... 034

2.5.1 路由器配置前准备........................................................................ 034

2.5.2 登录配置页面............................................................................... 035

2.5.3 网络配置..................................................................................... 036

2.5.4 SIM 卡 2/3/4/5G 方式上网............................................................. 037

2.5.5 APN 设置表................................................................................ 038

2.6 通过 5G 网络配置 IOT 数据中台实验......................................................... 038

2.6.1 操作说明..................................................................................... 040

2.6.2 创建账号、密码........................................................................... 040

2.6.3 创建订阅、发布话题..................................................................... 041

2.6.4 设备与话题绑定........................................................................... 042

3. 边缘控制 5G-PLC 控制器原理及实验

3.1 基础继电控制....................................................................................... 045

3.1.1 继电器、接触器........................................................................... 045

3.1.2 时间继电器.................................................................................. 045

3.1.3 主令电器..................................................................................... 046

3.1.4 电气控制线路............................................................................... 046

3.1.5 自锁控制..................................................................................... 047

3.1.6 互锁控制..................................................................................... 047

3.1.7 顺序控制..................................................................................... 048

3.2 5G-PLC 控制器基本原理......................................................................... 048

3.2.1 工作原理..................................................................................... 049

3.2.2 输入接口电路............................................................................... 049

3.2.3 输出接口电路............................................................................... 050

3.3 SoMachine Basic 编程软件.................................................................... 050

3.3.1 起始界面..................................................................................... 050

3.3.2 主界面........................................................................................ 052

3.3.3 编程操作..................................................................................... 057

3.3.4 任务管理..................................................................................... 058

3.4 PLC 控制器实践.................................................................................... 061

3.4.1 TM200-5G 控制器硬件特性............................................................ 061

3.4.2 基本指令练习............................................................................... 063

3.4.3 计时器实验.................................................................................. 064

3.4.4 ModBus 通信实验........................................................................ 068

3.4.5 电机控制实验............................................................................... 072

3.4.6 门禁系统模拟实验........................................................................ 075

4. 云端控制 - 低代码物联网开发平台原理与实验

4.1 node-red 系统简介............................................................................... 079

4.1.1 node-red 系统简介....................................................................... 079

4.1.2 node-red 历史............................................................................. 080

4.2 node-red 系统初识............................................................................... 082

4.2.1 系统界面..................................................................................... 082

4.2.2 模块与节点.................................................................................. 084

4.3 组态与应用实践.................................................................................... 113

4.4 数据中台与云计算实践........................................................................... 120

4.4.1 MQTT 通信协议原理.................................................................... 120

4.4.2 node-red 中控平台设计................................................................ 123

5. 人工智能原理与实验

5.1 引言：智能工厂.................................................................................... 129

5.1.1 工业大数据引领制造业转型发展...................................................... 129

5.1.2 工业 4.0 环境下的大数据价值体系................................................... 131

5.1.3 工业大数据的典型应用领域............................................................ 132

5.2 人工智能与机器学习.............................................................................. 133

5.2.1 什么是人工智能........................................................................... 133

5.2.2 机器学习与模式识别..................................................................... 134

5.2.3 神经网络..................................................................................... 135

5.3 图像处理.............................................................................................. 137

5.3.1 数字图像的基本概念..................................................................... 138

5.3.2 常用图像格式............................................................................... 139

5.3.3 数字图像的分类........................................................................... 140

5.3.4 数字图像处理系统........................................................................ 141

5.3.5 数字图像处理的工程应用............................................................... 141

5.3.6 数字图像处理的主要内容.............................................................. 142

5.4 人工智能模式识别实践........................................................................... 143

5.4.1 网络摄像头信息采集..................................................................... 144

5.4.2 人工智能识别平台应用.................................................................. 152

5.4.3 node-red 项目门禁系统构建.......................................................... 155

6. 综合实践

6.1 边云融合控制综合实践........................................................................... 163

6.1.1 PLC 程序设计.............................................................................. 163

6.1.2 云端系统构建............................................................................... 164

6.2 5G 人工智能综合实践........................................................................... 170

6.2.1 PLC 程序设计.............................................................................. 170

6.2.2 云端程序设计............................................................................... 171

7. 参考文献

1. 前言..................................................................................................... 181

2. 5G 通信................................................................................................. 181

3. 边缘控制 5G-PLC 控制器原理及实验........................................................... 183

4. 云端控制 - 低代码物联网开发平台原理与实验............................................... 183

5. 人工智能原理与实验................................................................................ 184

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