PLC實(shí)訓(xùn)臺(tái)中PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用
2020-11-20 23:07PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入、輸出接口、電源、編程器擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
1、主機(jī)
主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。CPU是PLC的核心，它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入、輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改，另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。
2、輸入/輸出（I/O）接口
I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)等）的控制信號(hào)，輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過(guò)功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點(diǎn)數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個(gè)點(diǎn)，中型機(jī)有幾百個(gè)點(diǎn)，大型機(jī)將超過(guò)千點(diǎn)。
3、電源
圖中電源是指為CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。
4、編程器
編程器是PLC的一種主要的外部設(shè)備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。除手持編程器外，還可通過(guò)適配器和專用電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。
5、輸入/輸出擴(kuò)展單元
I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。
6、外部設(shè)備接口
此接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。
二、PLC的工作原理
PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。
PLC的掃描一個(gè)周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。
PLC的輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。
PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。
輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。
三、PLC的程序編制
編程元件
PLC是采用軟件編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求的。編程時(shí)要使用到各種編程元件，它們可提供無(wú)數(shù)個(gè)動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)，編程元件是指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等。
PLC內(nèi)部這些繼電器的作用和繼電接觸控制系統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有“線圈”與“觸點(diǎn)”，但它們不是“硬”繼電器，而PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。當(dāng)寫入該單元的邏輯狀態(tài)為“1”時(shí)，則表示相應(yīng)繼電器線圈得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，所以，內(nèi)部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。
2、編程語(yǔ)言
所謂程序編制，就是用戶根據(jù)控制對(duì)象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語(yǔ)言，將一個(gè)控制要求描述出來(lái)的過(guò)程。PLC最常用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言和指令語(yǔ)句表語(yǔ)言，且兩者常常聯(lián)合使用。
梯開(kāi)圖（語(yǔ)言）
梯形圖是一種從繼電器接觸控制電路圖演變而來(lái)的圖形語(yǔ)言。它是借助類似于繼電器的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈以及串、并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和符號(hào)，根據(jù)控制要求聯(lián)接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關(guān)系的圖形，直觀易懂。
梯形圖中常用圖形符號(hào)分別表示PLC編程元件的動(dòng)斷和動(dòng)合接點(diǎn)， 用 ( ) 表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號(hào)及標(biāo)注的字母或數(shù)加以區(qū)別。
梯形圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意到以下三點(diǎn)：
1、梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列。每一邏輯行（或稱梯級(jí)）起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)接，最后是線圈與右母線相聯(lián)。
2、梯形圖中每個(gè)梯級(jí)流過(guò)的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒(méi)有電源。這個(gè)“概念電流”，只是用來(lái)形象地描述用戶程序執(zhí)行中應(yīng)滿足線圈接通的條件。
3、輸入繼電器用于接收外部輸入信號(hào)，而不能由PLC內(nèi)部其它繼電器的觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)其線圈，輸出繼電器則輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時(shí)，就有信號(hào)輸出，但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，而要通過(guò)輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。輸出繼電器的觸點(diǎn)也可供內(nèi)部編程使用。
2）指令語(yǔ)句表
指令語(yǔ)句表是一種用指令助記符來(lái)編制PLC程序的語(yǔ)言，它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但比匯編語(yǔ)言易懂易學(xué)，若干條指令組成的程序就是指令語(yǔ)句表。一條指令語(yǔ)句是由步序、指令語(yǔ)和作用器件編號(hào)三部組成。
DBX-01 PLC可編程控制器實(shí)訓(xùn)裝置
一、概述
本PLC可編程控制器實(shí)訓(xùn)裝置集可編程邏輯控制器、編程軟件、仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件、實(shí)訓(xùn)模塊、實(shí)訓(xùn)實(shí)物、電氣實(shí)訓(xùn)網(wǎng)孔板、電氣元器件模塊等于一體。在本裝置上，可直觀地進(jìn)行PLC的基本指令訓(xùn)練，多個(gè)PLC實(shí)際應(yīng)用的模擬及實(shí)物控制訓(xùn)練。裝置配備的主機(jī)采用應(yīng)用廣泛的日本三菱FX系列（FX1N -40MR內(nèi)置數(shù)字量輸入24路數(shù)字量 輸出16路）可編程控制器，配套SC-09通信編程電纜、三相鼠籠異步電機(jī)，并提供實(shí)訓(xùn)所需的+24V/1A、+5V/1A直流電源。
本PLC可編程控制器實(shí)訓(xùn)裝置適合高職院校、職業(yè)學(xué)校、技校的機(jī)電設(shè)備安裝與維修、機(jī)電技術(shù)應(yīng)用、電氣運(yùn)行與控制、電氣技術(shù)應(yīng)用、電子電器應(yīng)用與維修等專業(yè)和非機(jī)電類專業(yè)的《可編程控制器技術(shù)》、《電氣及PLC控制技術(shù)》、《PLC及其應(yīng)用》的實(shí)訓(xùn)。也適合技工學(xué)校、職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校、職教中心、鑒定站的PLC實(shí)操、技能鑒定考核。
二、技術(shù)性能
1、輸入電源：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz
2、工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對(duì)濕度＜85%(25℃)
3、裝置容量：＜500VA
4、重 量：＜110Kg
5、外形尺寸：1680mm×750mm×1600mm
6、安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流、過(guò)載保護(hù)裝置
三、實(shí)訓(xùn)裝置的基本配置及功能
1、實(shí)訓(xùn)控制屏（鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)）：掛放實(shí)訓(xùn)模塊，內(nèi)置滑槽，模塊在實(shí)訓(xùn)屏上可任意移位。
2、實(shí)訓(xùn)桌：鋼木結(jié)構(gòu)，桌面為防火耐磨材料制作，具有放置工具抽屜、鍵盤托、顯示器擱板。
3、網(wǎng)孔板：具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)孔實(shí)訓(xùn)板，結(jié)構(gòu)巧妙，實(shí)訓(xùn)時(shí)電氣元件不需螺絲固定，只需一插一拉即可牢牢固定在網(wǎng)孔板上，省時(shí)省力，靈活快捷。
4、控制柜：
（1）交流電源控制單元
三相四線380V交流電源經(jīng)空氣開(kāi)關(guān)后給裝置供電，電網(wǎng)電壓表監(jiān)控電網(wǎng)電壓，設(shè)有帶燈保險(xiǎn)絲保護(hù)，控制屏的供電由鑰匙開(kāi)關(guān)和啟停開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)具有漏電告警指示及告警復(fù)位。
提供三相四線380V、單相220V電源各一組，由啟停開(kāi)關(guān)控制輸出，并設(shè)有保險(xiǎn)絲保護(hù)。
（2）定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀
定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，平時(shí)作時(shí)鐘使用，具有設(shè)定時(shí)間、定時(shí)報(bào)警、切斷電源等功能；還可自動(dòng)記錄由于接線或操作錯(cuò)誤所造成的漏電告警次數(shù)。
（3）直流電源、直流電壓/電流表、邏輯輸出及指示等
直流電壓：0～10V可調(diào)輸出；直流電流：4～20mA；直流數(shù)字電壓表/電流表；電壓表量程0～200V、輸入阻抗為10MΩ、精度0.5級(jí)；電流表量程0～200 mA、精度0.5級(jí)；同時(shí)設(shè)有邏輯電平輸出（點(diǎn)動(dòng)、自鎖）、邏輯電平指示、LED數(shù)碼管、方向指示器、八音盒、直流24V繼電器、信號(hào)轉(zhuǎn)換座若干。
（4）主機(jī)實(shí)訓(xùn)組件
配置三菱FX1N-40 mR主機(jī)，集成數(shù)字量I/O（24路數(shù)字量輸入16路數(shù)字量輸出）、RS-422通信口、SC-09通信編程電纜（也可選用其他品牌主機(jī)，價(jià)格另儀）。
5、實(shí)訓(xùn)模塊組件
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序號(hào) |
編號(hào) |
控制對(duì)象實(shí)訓(xùn)模塊 |
實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo) |
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1 |
DB1 |
搶答器/音樂(lè)噴泉 |
通過(guò)對(duì)搶答系統(tǒng)中各組人員搶答時(shí)序的監(jiān)視和控制，掌握條件判斷控制指令的編寫方法；通過(guò)對(duì)音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)中“水流”及音樂(lè)的循環(huán)控制，掌握循環(huán)指令的編寫方法。 |
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2 |
DB2 |
裝配流水線/十字路口交通燈 |
通過(guò)對(duì)“生產(chǎn)流水線”順序加工過(guò)程及十字路口交通燈路況信號(hào)控制，掌握順序控制指令的編寫方法。 |
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3 |
DB3 |
水塔水位/天塔之光 |
通過(guò)對(duì)“水塔水位”和“儲(chǔ)水池水位”變化過(guò)程的判斷，了解簡(jiǎn)單邏輯控制指令的編寫方法。通過(guò)對(duì)天塔之光閃亮過(guò)程的移位控制，掌握移位寄存器指令的編寫方法。 |
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4 |
DB4 |
自動(dòng)送料裝車/四節(jié)傳送帶 |
通過(guò)對(duì)傳送帶啟停、傳送狀態(tài)的控制和對(duì)貨物在自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)中流向、流量的控制，掌握較復(fù)雜邏輯控制指令的編寫方法。 |
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5 |
DB5 |
多種液體混合裝置 |
通過(guò)對(duì)“液體混合裝置”中不同液體比例及液體混合時(shí)攪拌時(shí)間的控制，掌握條件判斷指令及各種不同類型的定時(shí)器指令的編寫方法。 |
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6 |
DB6 |
自動(dòng)售貨機(jī) |
通過(guò)對(duì)用戶投幣數(shù)目的識(shí)別和自動(dòng)售貨機(jī)中各種“貨物”的進(jìn)出控制，掌握各種計(jì)數(shù)器指令及比較輸出指令的編寫方法。 |
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7 |
DB7 |
自控軋鋼機(jī)/郵件分揀機(jī) |
通過(guò)對(duì)自控軋鋼機(jī)和郵件分揀機(jī)材料（“鋼錠“郵件”）來(lái)料數(shù)量、來(lái)料類別識(shí)別及對(duì)各種執(zhí)行器（例如“電機(jī)”）啟停時(shí)序的控制，掌握數(shù)值運(yùn)算指令及中斷指令的編寫方法。 |
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8 |
DB8 |
機(jī)械手控制/自控成型機(jī) |
通過(guò)對(duì)機(jī)械手停留“位置”及自控成型機(jī)各方向“液缸位置”的控制，掌握一個(gè)完整工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中的較簡(jiǎn)單邏輯控制程序的編寫能力。 |
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9 |
DB9 |
加工中心 |
通過(guò)對(duì)加工中心中各方向“電機(jī)”運(yùn)行方向及“刀庫(kù)”進(jìn)出刀、換刀過(guò)程的控制，掌握一個(gè)完整工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中的較復(fù)雜邏輯控制的編寫能力。 |
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10 |
DB10 |
四層電梯 |
通過(guò)對(duì)一個(gè)完整的四層電梯模型的綜合控制，初步掌握PLC控制系統(tǒng)的分析、I/O分配、設(shè)計(jì)I/O接線圖、接線、編程、調(diào)試等工作過(guò)程的綜合知識(shí)。 |
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11 |
DB11 |
步進(jìn)電機(jī)/直線運(yùn)動(dòng)：（實(shí)物）步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)、刻度盤、指針等組成； |
通過(guò)利用PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)及直線運(yùn)動(dòng)實(shí)物模塊的控制，初步了解步進(jìn)電機(jī)方向、拍數(shù)的控制及直線運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、定位控制。 |
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12 |
DB1 |
典型電動(dòng)機(jī)控制實(shí)操單元：交流接觸器3只；時(shí)間繼電器1只，3個(gè)按鈕，3只交流指示燈，熱繼電器2只，元器件安裝與網(wǎng)孔板配套的底座。 |
掌握一般強(qiáng)電系統(tǒng)的安裝和調(diào)試工作過(guò)程知識(shí)，實(shí)現(xiàn)PLC方式的電機(jī)典型運(yùn)行控制；掌握安裝和調(diào)試PLC電氣控制系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)。 |
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13 |
DB2 |
網(wǎng)孔板 |
學(xué)會(huì)電氣控制系統(tǒng)中各元器件的布局規(guī)劃、安裝、調(diào)試過(guò)程知識(shí)。 |
6.三相鼠籠異步電機(jī)，交流380V/△ 1臺(tái)
7.PLC仿真實(shí)訓(xùn)軟件主要功能和特點(diǎn)
�。�1）通過(guò)FLASH虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)顯示PLC的運(yùn)行狀態(tài)
（2）可以實(shí)現(xiàn)PLC虛擬接線，并對(duì)接線進(jìn)行錯(cuò)誤檢查
�。�3）PLC編程訓(xùn)練、PLC程序編寫測(cè)試等功能
�。�4）實(shí)現(xiàn)PLC運(yùn)行模擬，對(duì)錯(cuò)誤程序進(jìn)行檢查
四、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
（一）PLC基本技能實(shí)訓(xùn)
1.PLC認(rèn)知實(shí)訓(xùn)（軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、基本指令練習(xí)、接線、編程下載等）
2.典型電動(dòng)機(jī)控制實(shí)操實(shí)訓(xùn)（點(diǎn)動(dòng)、自鎖、正反轉(zhuǎn)、星三角換接啟動(dòng)等）
3.PLC仿真實(shí)訓(xùn)
（二）PLC模擬控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
4.數(shù)碼顯示控制（實(shí)物）
5.搶答器控制（優(yōu)先級(jí)、數(shù)值運(yùn)算，具有聲效功能）
6.天塔之光控制（閃爍、發(fā)射、流水型）
7.音樂(lè)噴泉控制（具有聲效功能）
8.十字路口交通燈控制
9.水塔水位控制（自動(dòng)/手動(dòng)，自診斷）
10.自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)控制
11.四節(jié)傳送帶控制
12.裝配流水線控制
13.多種液體混合裝置控制
14.自控成型機(jī)控制
15.自控軋鋼機(jī)控制
16.郵件分揀機(jī)控制
17.自動(dòng)售貨機(jī)控制
18.機(jī)械手控制
19.四層電梯控制（實(shí)物）
20.加工中心控制（實(shí)物）
（三）PLC實(shí)物控制實(shí)訓(xùn)
21.直線運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)、定位控制（實(shí)物）
22.步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制（實(shí)物）
配 置 清 單
| 名稱 | 型號(hào) | 數(shù)量 | 單位 | 備注 |
| PLC主機(jī) | 三菱FX1N-40 mR | 1 | 臺(tái) | |
| 通訊電纜 | PC-PPI | 1 | 條 | |
| 實(shí)訓(xùn)模塊 | 搶答器/音樂(lè)噴泉 | 1 | 塊 | |
| 裝配流水線/十字路口交通燈 | 1 | 塊 | ||
| 水塔水位/天塔之光 | 1 | 塊 | ||
| 自動(dòng)送料裝車/四節(jié)傳送帶 | 1 | 塊 | ||
| 多種液體混合裝置 | 1 | 塊 | ||
| 自動(dòng)售貨機(jī) | 1 | 塊 | ||
| 自控軋鋼機(jī)/郵件分揀機(jī) | 1 | 塊 | ||
| 機(jī)械手控制/自控成型機(jī) | 1 | 塊 | ||
| 加工中心 | 1 | 塊 | ||
| 四層電梯 | 1 | 塊 | ||
| 步進(jìn)電機(jī)/直線運(yùn)動(dòng) | 1 | 塊 | ||
| 電動(dòng)機(jī)控制實(shí)操單元 | 1 | 塊 | ||
| 網(wǎng)孔板（350*550） | 1 | 塊 | 具有知識(shí)產(chǎn)權(quán) | |
| 電機(jī) | 交流380V三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) | 1 | 臺(tái) | |
| 軟件 | 演示板原程序及三菱編程軟件 | 1 | 套 | |
| 組態(tài)軟件MCGS | 1 | 套 | ||
| PLC仿真軟件 | 1 | 套 | ||
| 實(shí)驗(yàn)臺(tái) | 學(xué)生桌及控制屏 | 1 | 套 | |
| 說(shuō)明書(shū) | 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) | 1 | 冊(cè) | |
| 連接線 | 實(shí)驗(yàn)連接線50CM自鎖線 | 50 | 條 | |
| 15CM自鎖線 | 10 | 條 | ||
| 系統(tǒng)排線 | 1 | 條 | ||
| Ф4電機(jī)安全疊加連線 | 30 | 條 |