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www.sigsimonazzi.com Part. IVA IT01787680345 Tel. +39 045 8399411, Fax +39 045 8399448
1 Descrizione di funzionamento del BlendFill System.Schema applicativo
MIXER TANK
P1
LV1
DPS1VP45
Hl
SP Head
DHs
Hr
Hp Hs
VP46
Hb
FM
VP47
Componenti Serbatoio MixerTank
Il serbatoio utilizzato come stoccaggio del prodotto del mixer ed il livello durantela produzione verr fatto variare da un minimo di 0% ad un Massimo che dipenderdallaltezza, rispetto al suolo, dei rubinetti e dal SP di battente richiesto (in praticastiamo parlando di valori compresi tra 60 e 70 % con serbatoio standard);
Sonda di Livello LV1
Sonda di livello serbatoio di stoccaggio mixer; Pressostato differenziale DPS1
Trasduttore di pressione differenziale (-0,5..0,5 Bar); Pompa Centrifuga sotto inverter P1
Pompa centrifuga di sovrapressione a bassa prevalenza dedicata allinnalzamento delbattente in produzione o al ricircolo del sanificante in CIP;
Misuratore volumetrico FM1
Il misuratore fornisce allalgoritmo di controllo la portata istantanea della pompa alfine di calcolare le perdite di carico ed anticipare le variazioni di frequenza della
stessa; Sensore pressione SPViene utilizzato un sensore di pressione differenziale per stabilire il battente realein riempitriceIl sensore deve avere un campo scala molto basso per fare in modo che la lettura iningresso abbia una risoluzione di circa +/- 1mmH2O .
Valvola di intercettazione prodotto VP1Posta sul tubo del prodotto e sempre aperta durante la regolazione in produzione,sanificazione e risciacquo
1Sostituibile da calcoli.
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Valvola di intercettazione Gas VP2Posta sul tubo di pressurizzazione e ritorno dellaria e sempre aperta durante laregolazione in produizone, sanificazione e risciacquo
Nomenclatura
Si suppone che la superficie su cui poggiano le due macchine sia il pi possibile piana,essendo il riferimento per tutte le quote.Hlaltezza del pelo libero del liquido rispetto al suolo;Hraltezza rispetto al suolo dei rubinetti;Hsaltezza rispetto al suolo del trasduttore differenziale;DHscomponente verticale della distanza dei piattelli del trasduttore differenziale;Hbaltezza rispetto al suolo del serbatoio anulare riempitrice;
Vantaggi
I vantaggi evidenti dellapplicazione della pompa a riempitici volumetriche elettronichesono i seguenti:
Eliminazione del serbatoio riempitrice Completa libert di set di battente di livello in riempitrice Sfruttamento del serbatoio mixer come serbatoio riempitrice Eliminazione degli attuali problemi riguardanti le procedure di fine produzione Utilizzo della stessa pompa prodotto per la spinta del sanificante in fase di CIP
Riduzione dei tempi di Sanificazione/Risciacquo con leliminazione delle relativefasi nel programma della riempitrice Possibilit di integrazione sia del controllo che dellHMI delle due macchine in
un'unica unit di controllo; Riduzione dei consumi CO2 Eliminazione di inutili valvole/strozzature atte alla creazione di perdite di carico
(inefficaci alle basse portate e quindi durante i transitori)
Svantaggi
Riduzione delleffetto rimescolante della pompa di sovrapressione e tubo di ricircolo
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1.1 Descriz ione del sistema di con trol lo
1.1.1 Requisiti minimi applicativiIl sistema richiede, per un corretto funzionamento, che siano rispettate le seguentiregole:
La pompa utilizzata deve essere a bassa prevalenza e deve essere caratterizzatasperimentalmente in modo da poter inserire parametri caratteristicinellalgoritmo di controllo;
La distanza fra Serbatoio e Riempitrice deve essere il pi possibile ridotta (come indicazione Max 5-6 mt ) in modo da minimizzare perdite di carico e colpi
dariete dovuti a repentine variazioni della velocit di produzione; Non dovranno essere inserite in alcun modo perdite di carico localizzate ( filtri ostrozzature ) a monte o a valle della pompa prodotto;
Per poter consentire una buona variazione di portata senza ampie escursioni dellafrequenza le perdite di carico nella pompa dovranno essere il pi possibile ridotte(normalmente questo si traduce in una bocca di ingresso pompasovradimensionato rispetto alla portata nominale della riempitrice);
Il motore della pompa non dovr essere sovradimensionato per evitare diaumentare le inerzie del rotore e consentire una maggiore dinamica del sistema(il motore della pompa richiede un certo sovradimensionamento esclusivamente
per esigenze di CIP). Linverter utilizzato per il comando pompa dovr essere ad alta dinamica (Danfoss
5000) e correttamente parametrizzato. Il sensore di pressione utilizzato dovr avere un campo scala Max di 1 Bar
1.1.2 Algoritmo di controllo
La regolazione del battente avviene mediante la variazione di velocit di una pompacentrifuga ottenuta mediante inverter e la misura del battente di pressione esercitatosui rubinetti. Poich il riempimento di tipo isobarico occorre utilizzare un trasduttoredi pressione differenziale, che misuri da un lato la pressione di riempimento e dallaltro
il battente sui rubinetti. Il trasduttore differenziale costituito da un sensore e dadue bracci flessibili, riempiti ad olio, alle cui estremit sono saldati due dischi lapressione che vi insiste viene trasmessa dallolio al sensore vero e proprio nel quale vieneeffettuata la differenza.Il blocco di regolazione si basa sul Set point di battente impostato e vieneretroazionato mediante il segnale del trasduttore di pressione (vedi lo schema a blocchiseguente) tutte le grandezze relative a quote e pressioni sono espresse in mmH2O, siricorda che mbar 101 e quindi
OmmHmBar 2101
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SP Head
PV [ ]mm HO2
+ +
+
+
+-
P
D
SP Filling Valve Head [mm HO]2
PV Flow [l/h ]
PID Out
P Loss[ ]mm HO2
Hz = f(mm HO)2
Pl = f( Flow )
Man Val [ ]mm HO2
To Filler Collector
Pressure
TransducerVolumetricFlometer
FF
PID
Frequencyconverter
-
+
Offset Diff. Sensor
Centrifugal [ ]mm HO2+
+
+
Hr
-
SP Head
Hl
Dinamic Comp. +
-
Hs
+-
Hr
+
DHs
+
ContainerSize
ContainerPresence
Filling Time
Filler Speed
Filler Prod. Flow
Calc.
Filling Valve Head PV [ ]mm HO2
FillingTime (s)
Calc.
1
Figura 1
Guardando al diagramma di figura 1 si possono evidenziare quattro aree di interesse:1. Blocco di conversione posto in uscita al PID che effettua la conversione tra
mmH2O in Hz (caratterizzazione della pompa);2. Blocchi di compensazione del segnale letto dal trasduttore differenziale, poich
il sensore legge il battente del liquido che lo sovrasta, volendo traslare la misurache questi effettua dalla posizione del sensore ai rubinetti, occorre sottrarre dalsegnale letto la quantit sr HH ;
3. Blocchi di calcolo del Feed Forward qua vengono presi in considerazione leperdite di carico, la differenza di quota tra laltezza dei rubinetti H ralla qualeviene sommato il SP di battente richiesto su questultimi (a questa quotacorrisponde, in condizioni statiche, la minima frequenza della pompa e cio 0 erappresenta quindi la massima altezza che pu avere il liquido nel serbatoio) elaltezza del liquido nel serbatoio Hl, il termine chiamato Dinamic Comp. tieneconto dei fenomeni transitori di testa e di coda di riempimento che si hanno
rispettivamente dopo uno sblocco bottiglia e dopo un blocco bottiglia: inparticolare il transitorio di testa viene trascurato mentre per quello di codaviene considerato il colpo di ariete generato dallimpulso dovuto alla variazione diquantit di moto della massa di liquido contenuto nel tubo di collegamento mixerfiller;
4. Blocchi di calcolo per stimare il reale flusso di prodotto che fluisce inriempitrice: va tenuto presente che ogni variazione di flusso prodotto che entrain riempitrice, dovuto a cambi di velocit, fermate, fermate in emergenza,blocchi bottiglia etc. hanno durata costante e pari al tempo di riempimento,
questultimo viene ricavato con un calcolo che si basa su dati sperimentali raccoltisia in sala prove che in cantiere;
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1.1.3 Caratterizzazione della pompa
Il primo passo da effettuare prima di tutti la caratterizzazione della pompa disovrapressione, consiste nel porre sul tubo di uscita della pompa stessa un trasduttoredi pressione mantenere chiusa la valvola di uscita prodotto e variare la frequenzadellinverter ad esempio con passi di 5 Hz, misurando la pressione. noto che la curvacaratteristica frequenza-prevalenza di una pompa centrifuga parabolica, quella che ignota la sua curvatura. Dato che a noi interessa il fascio di parabole che passano perlorigine, sufficiente trovare un altro punto (ad esempio a 50 Hz) per determinareunivocamente la parabola della nostra pompa.In generale la curva caratteristica di una pompa centrifuga del tipo:
22Pr FlowKpcKfFreqevalenza = (1)Considerando che a noi interessa la caratteristica a bocca chiusa cio a flusso 0, poich
il modello impiegato prevede di concentrare tutte le perdite di carico dellimpianto (tubi,valvole, pompa, collettore, misuratori volumetrici e valvole di riempimento) in un solopunto, vedi figura seguente:
P1
Perdite di carico dovute a:Pompa, Valvole ON/OFF
Tubi, Collettore, RubinettoMisuratore Volumetrico
Pl = Kp_Loss * Flow 2
Figura 2
lequazione (1) si riduce a :KfFreqevalenza = 2Pr (2)
suffciente, a questo punto, ricavare il solo parametro Kf cio il legame frequenza-prevalenza della pompa.
2
Pr
Freq
evalenzaKf= (3)
Riporto i dati raccolti per le pompe montate sul Sae131 e Sae142.
F F2
P[mmH2O] Kf
0 0 0
5 25 200 8
10 100 700 715 225 1400 6.2222222
20 400 2700 6.75
25 625 4000 6.4
30 900 5900 6.5555556
35 1225 7900 6.4489796
40 1600 10200 6.375
45 2025 13400 6.617284
50 2500 16400 6.56
55 3025 20000 6.6115702
60 3600 23900 6.6388889
Tabella 1
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La colonna dei valori Kf stata ricavata utilizzando la (3), come si vede i valori perfrequenze comprese tra 15H z e 60 Hz sono molto vicini tra loro, mentre per valori difrequenza pi bassi si ha un notevole scostamento, questa anomalia giustificata dalfatto che il trasduttore di pressione impiegato di tipo 0..10 bar, quindi chiaro cheper bassi valori lerrore commesso risulta essere pi alto.
1.1.4 Altezza del livello serbatoio rispetto al suolo parametro Hl -
Il parametro Hl, altezza del pelo libero del liquido nel serbatoio prodotto rispetto alsuolo, viene calcolato da un blocco di programma in base alla % di livello del serbatoio:
Il blocco prevede cinque ingressi: Valore attuale di livello serbatoio; 1 punto di calibrazione, coppia di valori percentuale altezza in mm dal suolo
(identificato con il suffisso 0); 2 punto di calibrazione, coppia di valori percentuale altezza in mm dal suolo
(identificato con il suffisso 1);
Per effettuare la calibrazione occorre prendere due livelli di riferimento e misurarnelaltezza, rispetto al suolo, per far ci sufficiente eseguire la seguente prova conpressione nulla nel serbatoio e livello attorno al 50%:
1. porre un SP di pressione negativo, in modo da far aprire la EV11(eventualmente forzando aperta, da PLC, la EV21);
2. collegare un tubo in gomma trasparente alla uscita della EV15 (drenaggioserbatoio stoccaggio) e farlo salire sino in cima al serbatoio, aprire quindiin manuale tale valvola;
3. effettuare la misura di altezza del punto pi alto di calibrazione rispettoal suolo;
4. porre in manuale la frequenza dellinverter (aprire in manuale la EV02invasamento DeOx) e far abbassare pian piano il livello fino a portarloallestremit inferiore della sonda di livello e quindi misurarne laltezza.
Le quattro costanti si trovano nelle variabili globali FillerHead nella cartellaFiller_Head_PID_DatagProdTankHeight_0 : REAL := 990.0 ;(* Level at 0% Tank Level Height in mm *)gProdTankLevelPerc_1 : REAL := 34.62 ; (* First level percentage *)gProdTankHeight_1 : REAL := 1615.0 ; (* First level Height in mm *)gProdTankLevelPerc_2 : REAL := 53.88 ; (* Second level percentage *)gProdTankHeight_2 : REAL := 1995.0 ; (* Second level Height in mm *)
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1.1.5 Misurazione dei parametri della riempitrice
Le costanti relative alla riempitrice si trovano nelle variabili globali FillerHead nellacartella Filler_Head_PID_DatagFillingValveHeight : REAL := 1540.0 ; (* Filling Valve Height from soil [mm] *)gFillerBowlHeight : REAL := 1940.0 ; (* Filleer Bowl Height from soil [mm] *)gFiller_Diameter : REAL := 4960.0 ; (* Filler Carousel Diameter [mm] *)gFilling_Valve_Num : INT := 130 ; (* Filling Valves Number *)gFillerBottleP_Open_Step : REAL := 7.0 ;gFillerProdPipe_DN : REAL := 100.0 ;gProdPipeMass : REAL := 190 ;
I parametri Filler Diameter (diametri primitivo riempitrice), Filling Valve Num(numero di valvole di riempimento) si ricavano dal disegno meccanico della riempitrice.I parametri Filling Valve Height (altezza dei rubinetti rispetto al suolo) e Filler BowlHeight (altezza del serbatoio anulare rispetto al suolo) occorre misurarli.
La costante Filler Bottle P Open Step rappresenta il numero di passi tra la presenzabottiglia e lapertura ovvero TX1 (viene trascurato il tempo di pressurizzazione).La costante Filler Prod Pipe DN il diametro del tubo di collegamento tra mixer efiller. Il parametro Prod Pipe Mass rappresenta la massa di liquido contenuto nelsuddetto tubo e nel serbatoio anulare, nel programma presente una variabile cheesprime la densit del prodotto e che si chiama: gProductDensity con la qualepotremmo tenere in conto la massa reale che ha il prodotto.Queste ultime costanti sono utilizzate nel programma nel blocco che calcola limpulsodella coda di riempimento, e che poi utilizzato nella compensazione dinamica.
Il Filler Bottle Presence Open Step rappresenta il numero di passi compresi tra lapresenza e lapertura, e viene utilizzato per calcolare il tempo di ritardo che impiega labottiglia a raggiungere lapertura alla velocit attuale della riempitrice.
1.1.6 Misurazione dei parametri del sensore
I parametri relativi al sensore differenziale sono i seguenti:gDiffSensor_MaxValue : REAL := 5000.0 ;gSensorPlates_Height : REAL := 1035.0 ; (* Sensor Plates Height from Soil [mm] *)gDelta_h_Sensor : REAL := 0.0 ; (* Sensor Transducer Offset [mm] *)gDiffSensorOffset : REAL := 27.0 ; (* Sensor Offset Read with zero pressure (all valvesopen) in [mm] *)
Il parametro Diff Sensor Max Value il modulo del massimo valore misurabile dalsensore (ricordiamo che il range di misura compreso tra 0,5..0,5 bar) espresso inmmH2O. Il Sensor Plate Height laltezza rispetto al suolo del sensore in mm. Il
Delta h Sensor la differenza di quota dei due piattelli di misura del sensore. Il DiffSensor Offset stato introdotto per annullare la misura che fornisce il trasduttore
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con limpianto completamente vuoto e depressurizzato. Pu essere posto tranquillamentea zero.
1.1.7 Parametri InverterLa parametrizzazione dellinverter molto importante al fine di una migliore dinamicadel sistema. Per ottenere un miglior controllo del motore della pompa (soprattuttodurante una decelerazione) occorre aumentare molto il flussaggio del rotore e questo losi ottiene aumentando la cosiddetta magnetizzazione. Si riportano i parametri piimportanti nella seguente tabella:
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Parametro Descrizione Valore101 Modo coppia A Coppia costante
102 Potenza motore 5.5 KW103 Tensione motore 380V
104 Frequenza motore 50Hz
110 Magnetizzazione motore 200 %
111 Freq. Inserimento Magn. 1 Hz
113 Comp carico Basse velocit 250 %
114 Comp carico Alte velocit 250 %
115 Compensazione scorrimento 200 %
116 Costante di tempo comp. 0.1 Sec
201 Frequenza minima 0 Hz
202 Frequenza Massima 120 Hz
205 Riferimento Massimo 60 Hz
206 Rampa di Accellerazione 0.1 Sec
207 Rampa di Decellerazione 0.1 Sec
1.1.8 Calcolo del tempo di riempimento
SP Battente Rubinetti:
Filling Time
33
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1.1.9 Risultati Ottenuti
Il precedente diagramma si riferisce alla produzione di Coca Cola Regular 2L, si nota chedurante la produzione continua il sistema regola in modo eccelso, durante i transitori diCoda e di Testa si hanno delle pendolazioni sensibili, si parla comunque di oscillazionidi circa 250 mmH2O (con SP pari a 1300 mmH2O ci vuol dire ~20%) che durano menodi 6 sec, considerando che il tempo di riempimento per il 2L di circa 10,5 sec talioscillazioni hanno luogo durante il riempimento della prima met della bottiglia, che sonomeglio tollerate dal prodotto.
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1.2 Segnali di Scamb io
1.2.1 Segnali da Riempitrice a MiscelatoreSegnali Analogici
Differential Pressure (Pressure) (INT): segnale no pi esistente in quanto iltrasduttore differenziale collegato direttamente allanalogica di ingresso almiscelatore;
Filler Speed Set Point(Speed_SP) (DINT): Set Point di velocit riempitrice; Filler Speed Process Value (Speed_PV) (DINT): Valore attuale misurato di
velocit riempitrice; Product Temperature(ProductTemp) (INT): Set Point di velocit riempitrice;
Filling Valve 1 Pressure (Valve1_Pressure) (INT): segnale dal trasduttore dipressione montato sul rubinetto 1 della riempitrice, non pi necessario servitocome debug dellimpianto;
Filler Runt Out Bottle Count (RunOutBotleCount) (INT): conteggio bottigliedurante il fine produzione della riempitrice utilizzato dal miscelatore per contarei litri di prodotto sotto la sonda capacitiva;
Spare Word(Spare_W16) (WORD): WORD libera; Spare Word(Spare_W18) (WORD): WORD libera;
Segnali Digitali Generali
General EV45 Enable(Gen_EV45_Enable): indica al miscelatore che possibileaprire la valvola di intercettazione prodotto verso la riempitrice General EV46 Enable(Gen_EV46_Enable): indica al miscelatore che possibile
aprire la valvola di intercettazione CO2verso la riempitrice; General Spare(Gen_Spare02): segnale libero; General Spare(Gen_Spare03): segnale libero; General Spare(Gen_Spare04): segnale libero; General Spare(Gen_Spare05): segnale libero; General Spare(Gen_Spare06): segnale libero; General Spare(Gen_Spare07): segnale libero; General Spare(Gen_Spare10): segnale libero; General Spare(Gen_Spare11): segnale libero; General Spare(Gen_Spare12): segnale libero; General Spare(Gen_Spare13): segnale libero; General Spare(Gen_Spare14): segnale libero; General Spare(Gen_Spare15): segnale libero; General Spare(Gen_Spare16): segnale libero; General Connection Alive (Gen_ConnAlive): indica al miscelatore che la
connessione tra i due PLC funzionante;
Segnali Digitali di produzione
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Production Selected (Prod_Selected): indica al miscelatore che stataselezionata la modalit di produzione;
Production Tank Filling Completed (Prod_End_Tank_Filling): indica almiscelatore che la procedura di Start-Up cio flussaggio con CO2,pressurizzazione e caricamento del prodotto iniziale stata completata;
Production Bottle Release (Prod_Bottle_Release): indica al miscelatore losblocco bottiglia (attualmente non utilizzato);
Production Last Bottle (Prod_Last_Bottle): indica al miscelatore che lariempitrice ha riempito lultima bottiglia, un segnale impiegato durante la fineproduzione per indicare al miscelatore che no ci sono pi bottiglie da riempire eche quindi possibile passare al risciacquo;
Production Bottle Presence(Prod_BottlePresence): indica al miscelatore che in
riempitrice presente una bottiglia sotto la presenza, viene utilizzato percalcolare la rampa di assorbimento prodotto della riempitrice; Production Spare (Prod_Spare05): segnale libero; Production Spare (Prod_Spare06): segnale libero; Production Spare (Prod_Spare07): segnale libero;
Segnali Digitali di CIP
CIP Selected (CIP_Selected): indica al miscelatore che stata selezionata lamodalit di CIP;
CIP Sanitize Request (CIP_Sanitize_Request): indica al miscelatore che la
riempitrice pronta a ricevere le soluzioni sanificanti; CIP End Cycle (CIP_End_Cycle): indica al miscelatore che la riempitrice ha
terminato il ciclo completo di lavaggio e quindi possibile inviarle i comandi di:Fine CIP, Drenaggio, recupero sanificante;
CIP Change Ready(CIP_Change_Ready): indica al miscelatore che la riempitrice pronta ad eseguire il ciclo di cambio sanificante, cio la fase di recuperosanificante;
CIP Drain Completed (CIP_Drain_Completed): indica al miscelatore che ildrenaggio della riempitrice stato completato;
CIP Open EV13(CIP_OpenEV13): indica al miscelatore che di aprire la valvola diricircolo prodotto EV13, questo per avere tutta la prevalenza e tutta la portatanormalmente verso la riempitrice e concentrare solo in alcune fasi, scelte dallariempitrice, il lavaggio del tubo di ricircolo;
CIP Stop P3 Pump(CIP_StopP3Pump): indica al miscelatore di spegnere la pompadi sovrapressione
CIP Spare (CIP_Spare07): segnale libero;
Segnali Digitali di Risciacquo
Rinse Selected (Rinse_Selected): indica al miscelatore che stata selezionata la
modalit di risciacquo; Rinse Completed (Rinse_Ended): indica al miscelatore che il risciacquo della
riempitrice completato;
7/24/2019 Mixer Descrizione Di Funzionamento BlendFill
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1 SIG Simonazzi
SIG Simonazzi Beverage S.p.A. Cap. Soc. Euro 18.543.200 i.v. Stabilimento di Verona
Via La Spezia 241/A, I-43040 Parma REA Parma 178203 I-37139 VeronaTel +39 0521 9991, Fax +39 0521 959009 C.F. e R.I. Parma 03710060371 Via dellElettronica 9
www.sigsimonazzi.com Part. IVA IT01787680345 Tel. +39 045 8399411, Fax +39 045 8399448
Rinse Spare (Rinse_Spare02): segnale libero; Rinse Spare (Rinse_Spare03): segnale libero; Rinse Spare (Rinse_Spare04): segnale libero; Rinse Spare (Rinse_Spare05): segnale libero; Rinse Spare (Rinse_Spare06): segnale libero; Rinse Spare (Rinse_Spare07): segnale libero;
Segnali Digitali di Drenaggio
Drain Selected (Drain_Selected): indica al miscelatore che la riempitrice indrenaggio;
Drain Spare (Drain_Spare01): segnale libero; Drain Spare (Drain_Spare02): segnale libero;
Drain Spare (Drain_Spare03): segnale libero; Drain Spare (Drain_Spare04): segnale libero; Drain Spare (Drain_Spare05): segnale libero; Drain Spare (Drain_Spare06): segnale libero; Drain Spare (Drain_Spare07): segnale libero;
Altri Segnali Analogici disponibili
Spare Word(Spare_W_26): word libera; Spare Word(Spare_W_28): word libera; Spare Word(Spare_W_30): word libera; Spare Word(Spare_W_32): word libera; Spare Word(Spare_W_34): word libera; Spare Word(Spare_W_36): word libera; Spare Word(Spare_W_38): word libera;
1.2.2 Segnali da Miscelatore a Riempitrice
Segnali Analogici Filling Valve Head pressure Set Point (Pressure_SP) (INT): Set Point di
battente sui rubinetti espresso in mmH2O (0 1000 mBar); Filling Valve Head pressure Set Point(Pressure_SP) (INT): Set Point di
1.3 Descr izione della sequ enza di Start-Up
Parma 12-01-05 Riccardo Guerra