工控系统及装备
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发布时间:2017-07-31 08:41:57 编号:SC-16-4860021
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品牌 西门子
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西门子交流电源代理商德国西门子股份公司创立于1847年,是全球电子电气工程领域的引领企业。西门子自1872年进入中国,140余年来以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、引领的技术成就、不懈的创新追求,确立了在中国市场的引领地位。2014年(2013年10月1日至2014年9月30日),西门子在中国的总营收达到64.4亿欧元,拥有超过32000名员工。西门子已经发展成为中国社会和经济不可分割的一部分,并竭诚与中国携手合作,共同致力于实现可持续发展。

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1910年:西门子创建西门子中国电气工程公司,总部位于柏林,分支机构设在上海。在接下来的四年中,西门子将业务扩展到北京、广州、武汉、哈尔滨、香港、青岛和天津。1914年,公司更名为西门子中国公司(上海)。西门子的在华业务,尤其是电力领域的业务,在20世纪初发展迅速。西门子扩建了北京近郊的石景山发电厂。

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 一、确定控制对象的控制要求

1.机械手的结构和运动
机械手的外形及料架配置如图1所示
2.上、下料机械手的主电路
3.上、下料机械手的工作方式
4.上、下料机械手的液压系统


二、I/O端点分配
PLC的输入信号有21
PLC的输出信号有26
三、设计梯形图
包括下面几方面内容:
1.初始化程序
2.回原位程序
3.手动方式程序
4.自动方式程序

下面介绍FX2系列PLC控制系统取代Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方法。
一、分析控制对象、确定控制要求
1.M1电动机的要求:单方向旋转,有过载保护;
2.M2电动机的要求:全压正反转控制,点动控制;启动时,先启动电动机M3,再启动电动机M2;停机时,电动机M2先停止,然后电动机M3才能停止。电动机M2设有必要的互锁保护;
3.对电动机M3的要求:全压正反转控制,设长期过载保护;
4.电动机M4容量小,由开关SA控制,单方向运转;
二、确定I/O点数
根据图1找出PLC控制系统的输入、输出信号,共有13个输入信号,9个输出信号。
三、绘制I/O端子接线图
根据I/O分配结果,绘制端子接线图
四、设计梯形图
1.控制主轴电动机M1的梯形图

梯形图如图2所示。
2.控制电动机M2M3的梯形图
①摇臂升降过程
②主轴箱和立柱箱的松开与夹紧控制


为什么工控界更信任PLC,选择PLC作为工控的核心部件呢

 为什么工控界更信任PLC,选择PLC作为工控的核心部件呢,主要是由于PLC的以下五个特点:

1. 可靠性高,抗干扰能力强

无触点控制:故障率少;

硬件措施:屏蔽、滤波、隔离;

软件措施:故障检测、信息保护和恢复、警戒时 钟(死循环报警)、程序检验

2. 使用灵活,通用性强

产品系列化,硬件结构模块式,可灵活选用;

软接线逻辑使得PLC能简单轻松的实现各种不同的控制任务,且系统设计**。

3. 编程方便,易于掌握

     采用与继电器电路极为相似的梯形图语言,直观易懂, SFC 功能图,使编程更简单方便。

4. 接口简单,维护方便

    可直接与现场强电设备相连接,接口电路模块化。

有完善的自诊断及监视功能,便于查出故障原因,并迅速处理。

5. 功能完善,性价比高

     除逻辑控制,定时计数,数字运算外,配合特殊功能模块还可以实现点位控制, PID 运算,过程控制,数字控制等功能,还可与上位机通信,远程控制等

热继电器 ——常用的主令电器

热继电器是利用电流的热效应原理实现电机的过载保护的。

电动机在工作时,当负载过大、电压过低或发生一相断路故障时,电动机的电流都要增大,其值往往超过额定电流。如果超过不多,电路中熔断器的熔体不会熔断,但时间长了会影响电动机的寿命,甚至烧毁电动机,因此需要有过载保护。热继电器用于电动机的过载保护,它是利用电流热效应使双金属片受热后弯曲,通过联动机构使触点动作的自动电器。图1-23是热继电器的结构及图形符号。

它由发热元件、双金属片、触点及一套传动和调整机构组成。发热元件是一段阻值不大的电阻丝,串接在被保护电动机的主电路中。双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。图中所示的双金属片,下层一片的热膨胀系数大,上层的小。当电动机过载时,通过发热元件的电流超过整定电流,双金属片受热向上弯曲脱离扣板,使常闭触点断开。由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的,它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电,从而接触器主触点断开,电动机的主电路断电,实现了过载保护。

热继电器动作后,双金属片经过一段时间冷却,按下复位按钮即可复位。

热继电器的主要技术数据是整定电流。整定电流是指长期通过发热元件而不致使热继电器动作的**电流。当发热元件中通过的电流超过整定电流值的20%时,热继电器应在20分钟内动作。热继电器的整定电流大小可通过整定电流旋钮来改变。选用和整定热继电器时一定要使整定电流值与电动机的额定电流一致。

由于热继电器是受热而动作的,热惯性较大,因而即使通过发热元件的电流短时间内超过整定电流几倍,热继电器也不会立即动作。只有这样,在电动机起动时热继电器才不会因起动电流大而动作,否则电动机将无法起动。反之,如果电流超过整定电流不多,但时间一长也会动作。由此可见,热继电器与熔断器的作用是不同的,热继电器只能作过载保护而不能作短路保护,而熔断器则只能作短路保护而不能作过载保护。在一个较完善的控制电路中,特别是容量较大的电动机中,这两种保护都应具备。

电动机起动、自保持及停止控制电路的PLC程序设计

  传统的继电器—接触器控制的电动机的起动、自保持及停止电路,按下起动按钮SB2,接触器KM线圈得电并自锁,电动机起动运行,按下停止按钮SB1,接触器KM线圈失电,电动机停止运行。

和继电器控制系统类似,PLC也是由输入部分,逻辑部分和输出部分组成。其相对应的元件安排如下







按下起动按钮SB2X000接收外部信号置“1”,Y000置“1”并自锁,自锁的目的是当起动按钮SB2松开,X000置“0”时,Y000仍然能保持置“1”状态,使电动机连续运行。需要停车时,按下停止按钮SB1X001常闭触电置“0”,断开Y000,使Y000置“0”,使电动机停止运行。其相应的控制梯形图如图1所示:

程序清单:

LD  X000

OR  Y000

ANI  X001

OUT  Y000

END

电动机起动、自保持及停止控制电路是梯形图中**典型的单元,它包含了梯形图程序的全部要素,具体体现如下几点:

1.事件:每一个梯形图支路都针对一个事件。事件用输出线圈表示,本例中为Y000

2.事件发生的条件:梯形图支路中除了线圈外还有触点的组合,使线圈置“1”的条件即是事件发生的条件,本例中为起动按钮SB2使X0001”。

3.事件得以延续得条件:触点组合中使线圈置“1”得以保持得条件是与X000并联得Y000自锁触点闭合。

4.使事件终止的条件:触点组合中使线圈置“1”中断的条件。本例中为停止按钮SB1使X001常闭触点断开。

 

对于初学者来说,可以把 555 电路等效成一个带放电开关的 R  S 触发器,如图 2  a )。这个特殊的触发器有两个输入端;阈值端( TH )可看成是置零端 R ,要求高电平;触发端( ,控制电压端 V C ,电源端 V DD 和地端 GND 

教你如何看懂电路图(六)--数字逻辑电路读图要点和举例(NE555详解)教你如何看懂电路图(六)--数字逻辑电路读图要点和举例(NE555详解)



 这个特殊的 R  S 触发器有 2 个特点:( 1 )两个输入端的触发电平要求一高一低:置零端 R 即阈值端 TH 要求高电平,而置低端 ) 端来讲,> 1/ 3 V DD 是高电平 1 ,< 1 /3 V DD 是低电平 0 。如果在控制端( V C )加上控制电压 V C ,这时上触发电平就变成 V C 值,而下触发电平则变成 1 /2 V C 。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。

    经过简化, 555 电路可以等效成一个触发器,它的功能表见图 2  b )。

    555 集成电路有双极型和 CMOS 型两种。 CMOS 型的优点是功耗低、电源电压低、输入阻抗高,但输出功率较小,输出驱动电流只有几毫安。双极型的优点是输出功率大,驱动电流达 200 毫安,其它指标则不如 CMOS 型的。

    此外还有一种 556 双时基电路, 14 脚封装,内部包含有两个相同的时基电路单元。 555 的应用电路很多,大体上可分为 555 单稳、 555 双稳和 555 无稳三类。 555 单稳电路单稳电路有一个稳态和一个暂稳态。 555 的单稳电路是利用电容的充放电形成暂稳态的,因此它的输入端都带有定时电阻和定时电容,常见的 555 单稳电路有两种。

     1 )人工启动型单稳

     555 电路的 6  2 端并接起来接在 RC 定时电路上,在定时电容 C T 两端接按钮开关 SB ,就成为人工启动型 555单稳电路,见图 3  a )。用等效触发器替代 555 ,并略去与单稳工作无关的部分后画成等效图 3  b )。下面分析它的工作:

教你如何看懂电路图(六)--数字逻辑电路读图要点和举例(NE555详解)教你如何看懂电路图(六)--数字逻辑电路读图要点和举例(NE555详解)



 ① 稳态:接上电源后,电容 C T 很快充到 V DD ,从图 3  b )看到,触发器输入 R=1 , =1 ,从功能表查到输出 V o =0 ,这是它的稳态。

    ② 暂稳态:按下开关 SB  C T 上电荷很快放到零,相当于触发器输入 R=0 , =0 ,输出立即翻转成 V o =1 ,暂稳态开始。开关放开后,电源又向 C T 充电,经时间 t d 后, C T 上电压升到 > 2 /3 V DD 时,输出又翻转成 V =0 ,暂稳态结束。 t d 就是单稳电路的定时时间或延时时间,它和定时电阻 R T 和定时电容 C T 的值有关; t d=1.1R T C T 

 2 )脉冲启动型单稳

    把 555 电路的 6 、 7 端并接起来接到定时电容 C T 上,用 2 端作输入就成为脉冲启动型单稳电路,见图 4 ( a )。电路的 2 端平时接高电平,当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路。用等效触发器替代 555 电路后可画成图 4 ( b )。这个电路利用放电端使定时电容能**放电。下面分析它的工作状态:


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 ① 稳态:通电后, R=1 , =1 ,输出 V o =0  DIS 端接地, C T 上电压为 0  R=0 ,输出仍保持 V o =0 ,这是它的稳态。

    ② 暂稳态:输入负脉冲后,输入=1 ,输出又翻转成 V o =0 ,暂稳态结束。这时内部放电开关接通, DIS 端接地, C T 上电荷很快放到零,为下一次定时控制作准备。电路的定时时间 t d =1.1R T C T 

    这两种单稳电路常用作定时延时控制。

555 双稳电路

    常见的 555 双稳电路有两种。

     1  R-S 触发器型双稳把 555 电路的 6  2 端作为两个控制输入端, 7 端不用,就成为一个 R  S 触发器。要注意的是两个输入端的电平要求和阈值电压都不同,见图 5  a )。有时可能只有一个控制端,这时另一个控制端要设法接死,根据电路要求可以把 R 端接到电源端,见图 5  b ),也可以把 S 端接地,用 R 端作输入。

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 有两个输入端的双稳电路常用作电机调速、电源上下限告警等用途,有一个输入端的双稳电路常作为单端比较器用作各种检测电路。

     2 )施密特触发器型双稳

     555 电路的 6  2 端并接起来成为只有一个输入端的触发器,见图 6  a )。这个触发器因为输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形,见图 6  b ),所以被称为施密特触发器。从曲线看到,当输入 V i =0 时输出 V o =1 。当输入电压从 0 上升时,要升到> 2/ 3 V DD 以后, V o 才翻转成 0 。而当输入电压从**高值下降时,要降到 < 1 /3 V DD 以后, V o 才翻转成 1 。所以输出电压和输入电压之间是一个回线形曲线。由于它的输入有两个不同的阈值电压,所以这种电路被用作电子开关,各种控制电路,波形变换和整形的用途。

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S7-200PLC ASCII码与十六进制数之间的转换指令及其使用

ASCII码与十六进制数之间转换指令的格式和功能

LAD

STL

ATH INOUTLEN

HTA INOUTLEN

操作数及数据类型

IN/ OUT         VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB。数据类型:字节

LENVB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, 常量。数据类型:字节。**值为255

功能及

说明

ASCIIHEXATH)指令将从IN开始的长度为LEN ASCII字符转换成十六进制数,放入从OUT开始的存储单元

HEXASCII HTA)指令将从输入字节(IN)开始的长度为LEN的十六进制数转换成ASCII字符,放入从OUT开始的存储单元

ENO=0的错误条件

0006   间接地址, SM4.3  运行时间 0091    操作数范围超界

SM1.7  非法ASCII数值(**ATH

PLC之家,www.PLC100.com

注意:合法的ASCII码对应的十六进制数包括30H39H41H46H。如果在ATH指令的输入中包含非法的ASCII码,则终止转换操作,特殊内部标志位SM1.7置位为1

S7-200系列 PLC的存储器空间

S7-200 PLC的存储器空间大致分为三个空间,即程序空间、数据空间和参数空间。

1.程序空间

该空间主要用于存放用户应用程序,程序空间容量在不同的CPU中是不同的。另外CPU中的RAM区与内置EEPROM上都有程序存储器,但它们互为映像,且空间大小一样。

2.数据空间

该空间的主要部分用于存放工作数据称为数据存储器,另外有一部分作寄存器使用称为数据对象。

1)数据存储器 它包括变量存储器(V),输入信号缓存区(输入映象存储器I),输出信号缓冲区(输出映象存储区Q),内部标志位存储器(M)又称内部辅助继电器,特殊标志位存储器(SM)。除特殊标志位外,其他部分都能以位、字节、和双字的格式自由读取或写入。

变量存储器(V)是保存程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果,所有的V存储器都可以存储在**存储器区内,其内容可在与EEPROM或编程设备双向传送。

输入映象存储器(I)是以字节为单位的寄存器,它的每一位对应于一个数字量输入结点。在每个扫描周期开始,PLC依次对各个输入结点采样,并把采样结果送入输入映象存储器。PLC在执行用户程序过程中,不再理会输入结点的状态,它所处理的数据为输入映象存储器中的值。

输出映象存储器(Q)是以字节为单位的寄存器,它的每一位对应于一个数字输出量结点。PLC在执行用户程序的过程中,并不把输出信号随时送到输出结点,而是送到输出映象存储器,只有到了每个扫描周期的末尾,才将输出映象寄存器的输出信号几乎同时送到各输出结点。使用映象寄存器优点:①同步地在扫描周期开始采样所有输入点,并在扫描的执行阶段冻结所有输入值;②在程序执行完后再从映象寄存器刷新所有输出点,使被控系统能获得更好稳定性;⑧存取映象寄存器的速度高于存取I/O速度,使程序执行的更快;④I/O点只能以位为单位存取,但映象寄存器则能以位、字节、双字进行存取。因此,映象寄存器提供了更高的灵活性。另外对控制系统中个别I/O点要求实时性较高的情况下,可用直接I/O指令直接存取输入/输出点。

内部标志位(M)又称内部线圈(内部继电器等),它一般以位为单位使用,但也能以字、双字为单位使用。内部标志位容量根据CPU型号不同而不同。

特殊标志位(SM)用来存储系统的状态变量和有关控制信息,特殊标志位分为只读区和可写区,具体划分随CPU不同而不同。

2)数据对象  数据对象包括定时器、计数器、高速计数器、累加器、模拟量输入/输出。

定时器类似于继电器电路中的时间继电器,但它的精度更高,定时精度分为lms10ms100ms三种,根据精度需要由编程者选用。定时器的数量根据CPU型号不同。

计数器的计数脉冲由外部输入,计数脉冲的有效沿是输入脉冲的上升沿或下降沿,计数的方式有累加1和累减1两种方式。计数器的个数同各CPU的定时器个数。

高速计数器与一般计数器不同之处在于,计数脉冲频率更高可达2kHz/7kHz,计数容量大,一般计数器为16位,而高速计数器为32位,一般计数器可读可写,而高速计数器一般只能作读操作。

S7-200CPU中有432位累加器,即AC0AC3,用它可把参数传给子程序或任何带参数的指令和指令块。此外,PLC在响应外部或内部的中断请求而调用中断服务程序时,累加器中的数据是不会丢失的,即PLC会将其中的内容压入堆栈。因此,用户在中断服务程序中仍可使用这些累加器,待中断程序执行完返回时,将自动从堆栈中弹出原先的内容,以恢复中断前累加器的内容。但应注意,不能利用累加器作主程序和中断服务子程序之间的参数传递。

模拟量输入/输出可实现模拟量的A/DD/A转换,而PLC所处理的是其中的数字量。

3.参数空间

用于存放有关PLC组态参数的区域,如保护口令、PLC站地址、停电记忆保持区、软件滤波、强制操作的设定信息等,存贮器为EEPROM

PLC与计算机技术和继电器-接触器控制技术的关系

着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到70年代中期以后,特别是进入80年代以来,PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器,输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路,使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能,还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能,称之为可编程序控制器(Programmable Controller)更为合适,简称为PC,但为了与个人计算机(Persona1 Computer)的简称PC相区别,一般仍将它简称为PLC(Programmable Logic Controller)。
         PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物,其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象,将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。继电器控制系统已有上百年历史,它是用弱电信号控制强电系统的控制方法,在复杂的继电器控制系统中,故障的查找和排除困难,花费时间长,严重地影响工业生产。在工艺要求发生变化的情况下,控制柜内的元件和接线需要作相应的变动,改造工期长、费用高,以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。而PLC克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优点,并将控制器和被控对象方便的连接起来。由于PLC是由微处理器、存储器和外围器件组成,所以应属于工业控制计算机中的一类。
        对用户来说,可编程控制器是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺,因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器,可以使得设计和调试变得简单容易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器,适合批量生产。由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的应用。

PLC基本指令系统特点 

 PLC的编程语言与一般计算机语言相比,具有明显的特点,它既不同于高级语言,也不同与一般的汇编语言,它既要满足易于编写,又要满足易于调试的要求。目前,还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言,OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC,其编程语言都具有以下特点:  
1.图形式指令结构:程序由图形方式表达,指令由不同的图形符号组成,易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形,用户根据自己的需要把这些图形进行组合,并填入适当的参数。在逻辑运算部分,几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图,很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示,它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系,很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等,一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示,虽然象征性不如逻辑运算部分,也受用户欢迎  
2.明确的变量常数:图形符相当于操作码,规定了运算功能,操作数由用户填人,如:K400T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有  
明确规定,由产品型号决定,可查阅产品目录手册。  
3.简化的程序结构:PLC的程序结构通常很简单,典型的为块式结构,不同块完成不同的功能,使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。  
4.简化应用软件生成过程:使用汇编语言和高级语言编写程序,要完成编辑、编译和连接三个过程,而使用编程语言,只需要编辑一个过程,其余由系统软件自动完成,整个编辑过程都在人机对话下进行的,不要求用户有高深的软件设计能力。  
5.强化调试手段:无论是汇编程序,还是高级语言程序调试,都是令编辑人员头疼的事,而PLC的程序调试提供了完备的条件,使用编程器,利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等,并在软件支持下,诊断和调试操作都很简单。  
总之,PLC的编程语言是面向用户的,对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。 

跳步、重复和循环序列PLC SFC编程方法

SFC编制用户程序时,有时程序需要跳转或重复,则用OUT指令代替SET指令

1)部分重复的编程方法

在一些情况下,需要返回某个状态重复执行一段程序,可以采用部分重复的编程方法,如图1所示






 

 

2)同一分支内跳转的编程方法

在一条分支的执行过程中,由于某种需要跳过几个状态,执行下面的程序。此时,可以采用同一分支内跳转的编程方法。如图2所示。

 

3)跳转到另一条分支的编程方法

在某种情况下,要求程序从一条分支的某个状态跳转到另一条分支的某个状态继续执行。此时,可以采用跳转到另一条分支的编程方法,如图3所示。

 

 

4)复位处理的编程方法

在用SFC语言编制用户程序时,如果要使某个运行的状态(该状态为1)停止运行(使该状态置0),其编程的方法如图4所示。

4中,当状态S221时,此时若输入X21l,则将状态S220,状态S231;若输入X221,则将状态S220,即该支路停止运行。如果要使该支路重新进入运行,则必须使输入X101

S7 PLC画出梯形图的步骤与规则

 根据控制系统的动作要求,画出梯形图。

    梯形图设计规则

1)触点应画在水平线上,并且根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的控制路径来画。

2)不包含触点的分支应放在垂直方向,以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。

3)在有几个串联回路相并联时,应将触头多的那个串联回路放在梯形图的**上面。在有几个并联回路相串联时,应将触点**多的并联回路放在梯形图的**左面。这种安排,所编制的程序简洁明了,语句较少。

4)不能将触点画在线圈的右边。

利用西门子提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易的连到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子,可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接到CPU的接口,而另一种连接器增加了一个编程接口。两种网络连接器还有网络偏置和终端偏置的选择开关,该开关在ON位置时的内部接线图,在OFF位置时未接终端电阻。接在网络端部的连接器上的开关应放在ON位置。如下图所示:

1网络连接器

带有编程器接口的连接器可以把SIMATIC编程器或操作员面板接到网络中,而不用改动现有的网络连接。编程器接口的连接器把CPU来的信号传到编程器接口。                            

     在其通讯模式中还有自由端口通讯、工业以太网通讯、调制解调器通讯、无线以太网通讯,

 

 

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