S7-400 是 SIMATIC 控制器家族中功能最為強(qiáng)大的 PLC。它可以成功實(shí)現(xiàn)全集成自動(dòng)化 (TIA) 解決方案。S7-400 是一個(gè)用于制造業(yè)和過程工業(yè)系統(tǒng)解決方案的自動(dòng)化平臺,其主要特點(diǎn)是具有模塊化的結(jié)構(gòu)并擁有性能儲備。
中端到高端性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC
可滿足要求極為苛刻的任務(wù)的解決方案
全面的模塊和各種性能等級 CPU 可針對具體自動(dòng)化任務(wù)進(jìn)行最佳調(diào)整
可實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu),適用十分靈活
連接方便
最優(yōu)通信和聯(lián)網(wǎng)功能
操作方便,設(shè)計(jì)簡單,不含風(fēng)扇
任務(wù)增加時(shí)可順利擴(kuò)展
多重計(jì)算:
多個(gè) CPU 在一個(gè) S7-400 中央控制器中同時(shí)運(yùn)行。
多重計(jì)算功能可對 S7-400 的總體性能進(jìn)行分配。例如,可將復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)(如開環(huán)控制、計(jì)算或通信)進(jìn)行拆分并分配給不同的 CPU??梢詾槊總€(gè) CPU 分配自己的 I/O。
模塊化:
通過功能強(qiáng)大的 S7-400 背板總線和可直接連接到 CPU 的通信接口,可實(shí)現(xiàn)許多大量通信線路的高性能操作。例如,這樣可以擁有一條用于 HMI 和編程任務(wù)的通信線路、一條用于高性能等距運(yùn)動(dòng)控制組件的通信線路和一條“正?!盜/O 現(xiàn)場總線。另外,還可以實(shí)現(xiàn)額外需要的與 MES/ERP 系統(tǒng)或 Internet 的連接。
工程組態(tài)和診斷:
結(jié)合使用 SIMATIC 工程組態(tài)工具,可極為高效地對 S7-400 進(jìn)行組態(tài)和編程,尤其對于采用高性能工程組件的廣泛自動(dòng)化任務(wù)。為此,可以使用高級語言(如 SCL)以及用于順序控制、狀態(tài)圖和工藝圖的圖形化組態(tài)工具。
SIMATIC S7-400 是中端到高端性能范圍內(nèi)功能強(qiáng)大的 PLC。
SIMATIC S7-400 具有模塊化、無風(fēng)扇設(shè)計(jì)和較高擴(kuò)展能力,并具有全面的通信和網(wǎng)絡(luò)功能,可以簡便實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu),用戶操作十分方便,因此成為中端到高端性能范圍內(nèi)要求極為苛刻的任務(wù)的理想解決方案。
SIMATIC S7-400 的應(yīng)用領(lǐng)域包括:
汽車工業(yè),如裝配線
機(jī)械設(shè)備制造,包括專用機(jī)械設(shè)備制造
倉儲技術(shù)
鋼鐵工業(yè)
樓宇管理系統(tǒng)
發(fā)電和配電
造紙和印刷領(lǐng)域
木材加工
食品和飲料領(lǐng)域
過程工程,如水務(wù)和污水處理
化工和石化領(lǐng)域
儀表和控制
包裝機(jī)械
制藥工業(yè)
由于具有多種性能等級的 CPU,并有具備大量用戶友好的功能的廣泛模塊,用戶可以根據(jù)具體情況執(zhí)行其自動(dòng)化任務(wù)。
任務(wù)擴(kuò)展時(shí),可通過附加模塊隨時(shí)對控制器進(jìn)行擴(kuò)展,成本不會(huì)很高。
SIMATIC S7-400 是一種通用控制器:
具有很高電磁兼容性以及抗沖擊性和抗振性,因此擁有極高的工業(yè)適用性。
可以帶電連接和斷開各模塊。
S7-400 自動(dòng)化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。它擁有豐富的模塊,這些模塊可進(jìn)行各種組合。
系統(tǒng)包含下列組件:
電源模塊 (PS):
用于將 SIMATIC S7-400 連接到 120/230?V?AC 或 24 V?DC 電源電壓。
CPU:
配有集成 PROFIBUS?DP 接口的不同 CPU 具有不同性能范圍。根據(jù)具體型號,這些 CPU 也可以帶有集成 PROFINET 接口。使用 PROFIBUS接口,最多可以連接 125 個(gè)PROFIBUS DP 從站??梢詫⒆疃?256 個(gè) PROFINET?IO 設(shè)備連接到 PROFINET 接口。SIMATIC S7-400 的所有 CPU 均可處理極大型的配置。此外,在一個(gè)中央控制器中的多重計(jì)算模式下,多個(gè) CPU 可以協(xié)同工作以提高性能。這些 CPU 處理速度快且具有確定性響應(yīng)時(shí)間,可實(shí)現(xiàn)較短機(jī)器循環(huán)時(shí)間。
用于數(shù)字量 (DI/DO) 和模擬量 (AI/AO) 輸入/輸出的信號模塊 (SM)
通信處理器 (CP),例如,用于總線連接和端到點(diǎn)連接
功能模塊 (FM):
用于完成計(jì)數(shù)、定位和凸輪控制等要求苛刻的任務(wù)的專業(yè)模塊。
根據(jù)具體要求,也可使用下列模塊:
接口模塊 (IM):
用于連接中央控制器和擴(kuò)展單元。SIMATIC S7-400 的中央控制器可帶有最多 21 個(gè)擴(kuò)展單元運(yùn)行。
SIMATIC S5 模塊:
在相關(guān) SIMATIC S5 擴(kuò)展單元中,可以尋址 SIMATIC S5-115U/-135U/-155U 的所有輸入/輸出模塊。此外,在 S5 EU 或者直接在 CC 中(使用適配器)都可以使用 SIMATIC S5 的特定 IP 和 WF 模塊。
擴(kuò)展
若用戶需要在應(yīng)用中使用一個(gè)以上中央控制器時(shí),則可以對 S7-400 進(jìn)行擴(kuò)展:
最多 21 個(gè)擴(kuò)展單元:
可將最多 21 個(gè)擴(kuò)展單元 (EU) 連接到中央控制器 (CC)。
接口模塊 (IM) 的連接:
通過發(fā)送和接收 IM 來連接 CC 和 EU。發(fā)送 IM 插到 CC 中,相關(guān)的接收 IM 插到下游 EU 中可將最多 6 個(gè)發(fā)送 IM 插到 CC 中(其中最多 2 個(gè)帶 5-V 電源),并可將最多 1 個(gè) IM 插到 EU 中。每個(gè)發(fā)送 IM 均有 2 個(gè)接口,每個(gè)接口用于連接 1 條線路。可將最多 4 個(gè) EU(不帶 5-V 電源)或 1 個(gè) EU(帶 5-V 電源)連接到發(fā)送 IM 的每個(gè)接口。
電源模塊的固定插槽:
必須始終將電源模塊插在 CC 和 EU 中的最左側(cè)。
通過 C 總線進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換受限制:
通過 C 總線進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換只能在 CC 和 6 個(gè) EU(EU?1 至 EU?6)之間進(jìn)行。
集中擴(kuò)展:
建議用于小型配置和機(jī)器上的控制柜。也可以提供 5-V 電源。
CC 和最后一個(gè) EU 之間的最大線路距離:1.5?m(帶 5?V 電源)、3?m(不帶 5 V 電源)。
通過 EU 進(jìn)行分布式擴(kuò)展:
建議在面積很大工廠內(nèi)采用,其中,多個(gè) EU 位于各個(gè)位置。可以使用 S7-400 EU 或 SIMATIC?S5 EU。
CC 和最后一個(gè) EU 之間的最大線路距離:對于 S7 EU,約 100?m;對于 S5 EU 約 600?m。
注意?將 S5 擴(kuò)展單元分布式連接到:
IM 463-2 可在 S7-400 的 CC 中使用,IM?314 在 S5 EU 中使用??蓪⒁韵耂5 EU 連接到 S7-400:
EG 183U
EG 185U
EG 186U
ER 701-2
ER 701-3
SIMATIC S7-400 具有不同的通信選項(xiàng):
組合了多點(diǎn)接口和 DP 主站,集成在所有CPU 中:
用于同時(shí)連接編程器/PC、HMI 系統(tǒng)、S7-200 和 S7-300 系統(tǒng)以及其它 S7-400 系統(tǒng)。
附加 PROFIBUS DP 接口,集成在多個(gè) CPU 中,用于經(jīng)濟(jì)實(shí)用連接分布式 I/O 系統(tǒng)(例如,ET 200)。
PROFINET CPU 上的集成式 PROFINET 接口,用于連接到分布式 I/O 系統(tǒng)或與其它控制器和 PC 系統(tǒng)通信。
通信處理器,用于連接到 PROFIBUS 總線系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)。
通信處理器,用于功能強(qiáng)大的點(diǎn)到點(diǎn)連接。
大量功能可支持用戶對 S7-400 進(jìn)行編程、調(diào)試和維護(hù):
高速指令執(zhí)行。
用戶友好的參數(shù)分配
人機(jī)界面:
S7-400 的操作系統(tǒng)中集成了用戶友好的 OCM 服務(wù)。
診斷功能和自檢:
CPU 的智能診斷系統(tǒng)可連續(xù)檢查系統(tǒng)功能并記錄錯(cuò)誤和特定系統(tǒng)事件。
密碼保護(hù)。
模式選擇開關(guān)
系統(tǒng)功能
SIMATIC S7-400 符合以下國內(nèi)和國際標(biāo)準(zhǔn):
CE 標(biāo)志
UL 認(rèn)證
CSA 認(rèn)證 或 cULus 認(rèn)證
FM 認(rèn)證
ATEX 認(rèn)證
C-Tick、EMC 標(biāo)記,適用于澳大利亞和新西蘭
IEC 61131-2
船級社的船用認(rèn)證
ABS(美國船級社)
BV(法國船級社)
DNV(挪威船級社)
GL(德國勞氏船級社)
LRS(英國勞氏船級社)
Class NK(日本船級社)
有關(guān)詳細(xì)信息,請參見手冊《S7-400 自動(dòng)化系統(tǒng) S7-400 模塊技術(shù)規(guī)格》。
設(shè)計(jì)
S7-400 系統(tǒng)可方便地構(gòu)建為模塊化系統(tǒng)。S7-400 的突出特點(diǎn)是不帶風(fēng)扇,運(yùn)行可靠,支持信號模塊的熱插拔。
S7-400 設(shè)計(jì)簡潔,使用靈活,操作極為方便:
模塊安裝十分簡單。
背板總線集成在安裝機(jī)架中。
模塊更換簡單,不會(huì)將模塊相互混淆
成熟可靠的連接技術(shù)
TOP Connect 連接方式:
通過 1 芯到 3 芯接頭和螺釘型或彈簧型端子進(jìn)行預(yù)接線。
規(guī)定的安裝深度:
所有接頭和連接器都應(yīng)該嵌入到模塊內(nèi)并通過蓋板來保護(hù)。
最小限度的插槽規(guī)則
通信
CPU 和通信處理器支持以下通信類型:
過程通信;
通過總線(AS-Interface、PROFIBUS DP 或 PROFINET)對 I/O 模塊進(jìn)行循環(huán)尋址(交換過程映像)。從循環(huán)執(zhí)行級調(diào)用過程通信
數(shù)據(jù)通信;
在自動(dòng)化系統(tǒng)之間或 HMI 與多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)之間
進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)通信可循環(huán)進(jìn)行,或在發(fā)生特定事件時(shí)通過塊從用戶程序調(diào)用。
數(shù)據(jù)通信
SIMATIC S7-400 擁有不同的數(shù)據(jù)通信機(jī)制:
通過全局?jǐn)?shù)據(jù)通信 (GD) 實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的 CPU 之間的數(shù)據(jù)包循環(huán)交換。
通過通信功能進(jìn)行事件驅(qū)動(dòng)型通信。
通過 MPI、PROFIBUS 或 PROFINET 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。
全局?jǐn)?shù)據(jù) (GD)
通過 MPI 以及“全局?jǐn)?shù)據(jù)通信”服務(wù),聯(lián)網(wǎng)的 CPU 可以相互循環(huán)交換數(shù)據(jù)(最多可達(dá) 16 個(gè) GD 數(shù)據(jù)包,每個(gè)循環(huán)的最大 GD 數(shù)據(jù)包大小為 64 字節(jié))。例如,CPU 可以訪問另一個(gè) CPU 的數(shù)據(jù)/位存儲器/過程映像。若網(wǎng)絡(luò)上連接有 S7-300,則數(shù)據(jù)交換限制為最大 22 字節(jié)。全局?jǐn)?shù)據(jù)通信可通過 MPI 來實(shí)現(xiàn)。可使用 STEP?7 來執(zhí)行組態(tài)。在分段式 CR2 安裝機(jī)架中,兩個(gè) CPU 可以使用 GD 并通過 C 總線通信。
通信功能
通過系統(tǒng)內(nèi)集成的塊,可以建立與 S7/C7 伙伴之間的通信服務(wù)。
這些服務(wù)包括:
通過 MPI 和 PROFIBUS S7 進(jìn)行的 S7 通信。
通過 MPI、C 總線、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的 S7 通信。
通過可加載的塊,可以建立與 S5 通信伙伴和西門子設(shè)備之間的通信服務(wù)。
這些服務(wù)包括:
通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的 S5 兼容通信。
通過 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)通信(通過 PROFIBUS/工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的開放式用戶通信)。
與全局?jǐn)?shù)據(jù)不同的是,必須建立通信連接才能實(shí)現(xiàn)通信功能。
集成到 IT 環(huán)境中
通過 S7-400,可方便地將現(xiàn)代 IT 環(huán)境與自動(dòng)化環(huán)境鏈接。使用插入式 CP 443-1?Advanced,可以實(shí)現(xiàn)下列功能:
使用任何 HTML 工具創(chuàng)建自己的 Web 頁面。方便地將 S7-400 的過程變量分配給 HTML 對象。
使用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器并通過這些 Web 頁面監(jiān)控 S7-400。
通過 FC 調(diào)用,從S7-400 的用戶程序發(fā)送電子郵件。
由于 TCP/IP 具有的 WAN 特性,可進(jìn)行遠(yuǎn)程編程,甚至可通過電話網(wǎng)(如ISDN)。
帶有 PROFINET 接口的 S7-400-H CPU 配有集成式 Web 服務(wù)器。因此,可以使用標(biāo)準(zhǔn) Web 瀏覽器讀出 S7-400 站的信息:
CPU 常規(guī)信息
診斷緩沖區(qū)的內(nèi)容
變量表
變量狀態(tài)
模塊狀態(tài)
消息
有關(guān)工業(yè)以太網(wǎng)的信息
OUC 連接診斷
PROFINET 節(jié)點(diǎn)拓?fù)?/span>
通過用戶定義的 Web 頁面顯示過程數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)
可通過使用用戶權(quán)限并支持 HTTPS 協(xié)議在 Web 服務(wù)器內(nèi)提供安全機(jī)制。
等時(shí)同步模式
通過等時(shí)同步模式系統(tǒng)功能,可通過連接到等時(shí)同步 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環(huán),以實(shí)現(xiàn):
分布式信號采集
信號傳輸
程序執(zhí)行
創(chuàng)建自動(dòng)化解決方案,以恒定間隔時(shí)間(恒定總線周期時(shí)間)來捕捉并處理輸入和輸出信號。同時(shí)創(chuàng)建一致的部分過程圖像。
借助于恒定總線周期時(shí)間和分布式 I/O 同步信號處理,S7-400 可確保精確重現(xiàn)定義的的過程響應(yīng)時(shí)間。
提供了大量支持等時(shí)同步模式系統(tǒng)功能的組件,可用來處理運(yùn)動(dòng)控制、測量值采集和高速控制等領(lǐng)域內(nèi)的要求苛刻的任務(wù)。
在分布式自動(dòng)化解決方案中,SIMATIC S7-400 還將開辟高速處理操作的重要領(lǐng)用領(lǐng)域,并可實(shí)現(xiàn)最高精度和可重現(xiàn)性。這意味著可在提供最佳且恒定的質(zhì)量的同時(shí)提高產(chǎn)量。
在運(yùn)行模式下更改硬件組態(tài)(運(yùn)行時(shí)組態(tài),CiR)
通過 SIMATIC S7-400,在工廠運(yùn)轉(zhuǎn)期間可以實(shí)現(xiàn)硬件組態(tài)的更改,不會(huì)影響生產(chǎn)的進(jìn)行。選項(xiàng)包括:
增加分布式 I/O 節(jié)點(diǎn)(PROFIBUS?DP 或 PA 從站)
在 ET 200M I/O 系統(tǒng)中增加模塊并重新設(shè)置參數(shù)。
CiR(即運(yùn)行時(shí)組態(tài))功能可在設(shè)備運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)設(shè)備擴(kuò)展和轉(zhuǎn)換,從而降低設(shè)備調(diào)試和重新裝備的時(shí)間。此外,通過該系統(tǒng)功能,還可以靈活響應(yīng)工藝的變化(例如,工藝的優(yōu)化),因?yàn)椴槐匾蛴布M態(tài)發(fā)生改變而將設(shè)備初始化或同步。
模塊的診斷和過程監(jiān)控
SIMATIC S7-400 的眾多輸入/輸出模塊具有智能功能:
監(jiān)控信號采集(診斷)
監(jiān)控來自過程的信號(硬件中斷)
診斷
智能診斷系統(tǒng)可用來確定模塊的信號采集(對于數(shù)字量模塊)或者模擬量處理(對于模擬量模塊)是否正常工作。在診斷分析中,必須區(qū)分可參數(shù)化和不可參數(shù)化的診斷消息:
可參數(shù)化的診斷消息:
僅當(dāng)通過適當(dāng)參數(shù)設(shè)置啟用之后,才會(huì)發(fā)送診斷消息。
不可參數(shù)化的診斷消息:
這些消息是自動(dòng)發(fā)送的,即與參數(shù)設(shè)置無關(guān)。
如果某個(gè)診斷消息處于激活狀態(tài)(例如,“無傳感器輸入”),則該模塊會(huì)觸發(fā)一個(gè)診斷中斷(如果已為該診斷消息設(shè)置了參數(shù),則僅在相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置之后才會(huì)觸發(fā)中斷)。CPU 將中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理,并處理相關(guān)診斷中斷塊 (OB 82)。通過硬件中斷可以監(jiān)控過程信號,并且可以觸發(fā)對信號變化的響應(yīng)。
根據(jù)模塊類型的不同,提供了各種不同診斷消息:
數(shù)字量輸入/輸出模塊 | |
診斷消息 | 可能的故障原因 |
無傳感器電源 |
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無外部輔助電壓 |
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無內(nèi)部輔助電壓 |
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熔斷器燒斷 |
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模塊中的參數(shù)不正確 |
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時(shí)間看門夠脫落 |
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EPROM 故障 |
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RAM 故障 |
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硬件中斷丟失 |
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模擬量輸入模塊 | |
診斷消息 | 可能的故障原因 |
無外部負(fù)載電壓 |
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組態(tài)/參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤 |
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共模錯(cuò)誤 |
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斷線 |
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低于量程下限 |
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高于量程上限 |
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模擬量輸出模塊 | |
診斷消息 | 可能的故障原因 |
無外部負(fù)載電壓 |
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組態(tài)/參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤 |
|
對 M 短路 |
|
斷線 |
|
硬件中斷
可以監(jiān)控過程信號,并且可通過過程中斷觸發(fā)對信號變化的響應(yīng)。
數(shù)字量輸入模塊:
根據(jù)具體參數(shù)設(shè)置,該模塊可在信號狀態(tài)變化的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿上為每個(gè)通道組觸發(fā)硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理,并處理相關(guān)過程中斷塊(例如,OB 40)。信號模塊可以每個(gè)通道緩沖一個(gè)中斷。
模擬量輸入模塊:
通過設(shè)置上限值和下限值,可以定義工作范圍。模塊將數(shù)字化測量值與這些限值進(jìn)行比較。若測量值違反其中任何一個(gè)限值,就會(huì)觸發(fā)硬件中斷。CPU 中斷用戶程序或低優(yōu)先級任務(wù)的處理,并處理相關(guān)過程中斷塊(例如,OB 40)。若限值高于/低于過量程/欠量程值,則不進(jìn)行進(jìn)行比較。
容錯(cuò)通信
進(jìn)行高可用性通信時(shí),SIMATIC 將提供以下功能:
更高可用性:
發(fā)生故障時(shí),通信可通過最多 4 個(gè)冗余連接繼續(xù)進(jìn)行。
操作簡便;
高可用性對用戶來說并不是透明的??梢圆⒔?jīng)過任何改動(dòng)而采用標(biāo)準(zhǔn)通信的用戶程序。冗余功能僅在參數(shù)設(shè)置階段進(jìn)行定義。
S7-400H(冗余和非冗余配置)和 PC 目前支持容錯(cuò)通信。在 PC 上,需要安裝 Redconnect 程序包(參見“SIMATIC?NET 通信系統(tǒng)”)。
根據(jù)具體可用性要求,可使用不同組態(tài)選項(xiàng):
單一總線或冗余總線。
總線型拓?fù)浠颦h(huán)型拓?fù)淇偩€。
操作模式
CPU?417-5H/416-5H/414-5H/412-5H 的操作系統(tǒng)可自主執(zhí)行 S7-400H 的所有必要額外功能:
數(shù)據(jù)交換
故障響應(yīng)(故障轉(zhuǎn)移至備用設(shè)備)
兩個(gè)子單元的同步
自檢
通用技術(shù)數(shù)據(jù) | |
防護(hù)等級 | IP20 |
環(huán)境溫度 | 0-60 °C |
相對濕度 | 5 ~ 95%,無凝露 |
氣壓 | 1080 ~ 795 hPa(對應(yīng)于 -1000 至 +2000 m 高度) |
電磁兼容性 | |
| 符合 EN 61000-6-2 |
| 符合 EN 61000-6-4 |
機(jī)械負(fù)載 | |
| IEC 60068-2-6(正弦波) 10 ~ 58 Hz;恒定幅度 0.075 mm; |
| IEC 60068-2-27 |