Casestudy:aandrijvingen en retrofits op papiersnij-opwinder

De Verenigde Staten gebruiken volgens The Federal Network for Sustainability jaarlijks ongeveer 8 miljoen ton kantoorpapier. Dat is genoeg om een ​​muur van 20 voet hoog en 6.815 mijl lang te bouwen. Om aan de vraag te kunnen blijven voldoen, zijn papierfabrieken voortdurend op zoek naar manieren om de efficiëntie en kwaliteit te verbeteren. Hoewel er veel verschillende machines en processen betrokken zijn bij het maken van papier, is een essentieel onderdeel van elke papierfabriek de snijopwinder.

Een snij-opwikkelmachine is verantwoordelijk voor het afwikkelen van enorme, nieuw gemaakte rollen van de hoofdpapiermachine, ze in kleinere secties snijden en ze terugspoelen als beter hanteerbare rollen voor distributie. Als een van de laatste productiepunten in een papierfabriek, kan elk probleem met de slitter-opwinder de productie voor de hele fabriek stopzetten.

Bestaande uit meerdere motoren en bedieningselementen, is de slitter-opwinder een van de meest geavanceerde apparaten in een molen. De kern van het proces van deze machine is spanning, die de kwaliteit van de papierrollen bepaalt. Nauwkeurige en consistente krachten moeten gedurende het hele proces worden uitgeoefend om een ​​perfecte baantracking, nauwkeurig snijden en juiste roldichtheidsprofielen te garanderen.

Behalve knijpcontrole, wordt de kwaliteit van de rol grotendeels bepaald door de prestaties van de aandrijvingen. De winder moet als een gecoördineerd systeem werken en een strakke controle van snelheid en koppel bieden tijdens de continue cycli - van stop tot volledige snelheid en terug naar nulsnelheid. Zelfs kleine onnauwkeurigheden in de prestaties kunnen problemen veroorzaken, zoals plaatbreuken, ruwe randen, telescopische bewegingen, offsets en vastbinden, wat resulteert in uitvaltijd, afgewezen rollen en uiteindelijk winstderving.

Doelstelling:continue productie op hoge snelheid
Om de productiviteit en efficiëntie te verhogen, besloot een toonaangevende papierfabriek in het zuidoosten van de Verenigde Staten om zijn snij-opwinder te herbouwen en de nieuwste technologie te gebruiken. Het doel van de upgrade was om de rolkwaliteit te verbeteren, de machinesnelheid naar het hoogst mogelijke niveau te brengen en kostbare stilstanden te elimineren.

De fabriek wendde zich tot SDS Inc, een in de VS gevestigde systeemintegrator die gespecialiseerd is in besturingsontwerpen voor papier- en webverwerkingsindustrieën. SDS analyseerde het bestaande systeem en leverde een kosteneffectieve oplossing die gebruikmaakte van bestaande motoren en componenten, geïntegreerde ABB's ultramoderne ACS800-frequentieregelaars en nieuwe DCS800-gelijkstroomaandrijvingen - de meest geavanceerde gelijkstroomaandrijving in zijn soort. De schijfhardware werd afgerond met SDS's Intelli-Wind, een populaire HMI met twee trommels die TNT-besturing, recepten, numerieke en grafische instelpunten, permissies en diagnostiek biedt.

Het personeel van de systeemintegrator bracht verschillende bezoeken aan de faciliteit om de situatie te onderzoeken. Ze kwamen erachter dat er verschillende problemen waren met de bestaande slitter-opwinder.

"Het is absoluut noodzakelijk om het perspectief te krijgen van iedereen die wordt beïnvloed door die rewinder", zegt John Parker, senior sales engineer voor SDS. “De onderhoudsploeg maakte zich zorgen over het falen van componenten en een aandrijfruimte die nauwkeurige temperatuurregeling vereiste om te voorkomen dat analoge componenten afdrijven. De productieafdeling wilde de uptime verhogen, de rolkwaliteit verbeteren en hun klanten een kosteneffectief product bieden, en ze wilden technologisch geavanceerde apparatuur gebruiken. Dankzij onze samenwerking met ABB konden we deze voordelen aanpakken en bereiken.”

Verouderde apparatuur:inefficiënt en duur in onderhoud
Deze papierfabriek behoorde volgens zowel ABB als experts op het gebied van systeemintegratoren tot een toenemend aantal fabrikanten die nog steeds werken met aandrijfsystemen die 25 tot 30 jaar oud zijn. Het aandrijfsysteem van de slitter-winder werd steeds duurder om te repareren en te onderhouden. Een aantal onderdelen was verouderd en niet te vervangen. Een deel van de analoge apparatuur had constante aandacht nodig vanwege drift, en oude bedrading begon tekenen van breuk en isolatie te vertonen op scharnierpunten. De mechanische assemblages die de thyristor-assemblages en zekeringen op hun plaats hielden, waren niet meer te repareren; en bovendien waren er problemen met de structurele integriteit van de voedingsmodules.

Craig Tierno, senior applicatie-ingenieur bij SDS, legt uit dat een retrofit die analoge regelaars zou vervangen door digitale tegenhangers, met behoud van hun bestaande stroombrug, niet praktisch was met deze meerdere problemen. De SCR's in de voedingsmodules zouden niet betrouwbaar zijn. Daarom adviseerde de integrator een complete upgrade van het aandrijf- en besturingssysteem om de betrouwbaarheid en prestaties te verbeteren.

"Als de DC-voedingsmodules van een bedrijf nog steeds binnen hun levenscyclus zijn, raden we vaak aan om ze achteraf uit te rusten met nieuwe digitale, high-performance front-ends (DFE) om de regelprestaties te verbeteren terwijl de bestaande SCR's worden geactiveerd", zegt Tierno, "In dit geval konden we dat niet doen.”

Nieuwe technologie, gecombineerd met aandrijvingen, zorgen voor waardevolle synergie
In zijn zoektocht naar een aandrijfoplossing vond de integrator een antwoord in ABB.

“Onze grootste zorg was dat leveranciers van aandrijvingen niets nieuws deden met DC. De meeste leveranciers zaten op producten die bijna 10 tot 20 jaar oud waren”, zegt Tierno.

ABB, ontdekte hij, was een nieuwe DC-drive aan het ontwikkelen, ontworpen met een aantal van dezelfde softwaretools en communicatiemodules als zijn AC-producten. Dat maakte het haalbaar om zowel DC- als AC-producten in het project te gebruiken en te integreren.

Er is nog steeds een groot aantal DC-motoren geïnstalleerd in heel Noord-Amerika met een breed scala aan pk's en snelheidsbereiken.

"Deze motoren hebben een lange levensduur als ze goed worden onderhouden en af ​​en toe worden gerepareerd, dus klanten hoeven ze niet per se te vervangen", zegt Tierno. "Het vinden van een leverancier zoals ABB, die nieuwe technologie blijft uitvinden en introduceren om deze motoren aan te sturen, gaf ons vanaf het begin een voordeel."

Voor dit systeem werden vier ABB DCS800-schijven geïnstalleerd. De eerste aandrijving bestuurt de afwikkelmotor van 500 pk die zorgt voor spanningsregeling voor de jumbo-ouderrol. De tweede DCS800-aandrijving werd geïnstalleerd op de invoerrol van 50 pk die wordt gebruikt om het papier naar het snijgedeelte te transporteren. De derde en vierde aandrijving werden geïnstalleerd op de 250 pk voor- en achtertrommels - componenten die verantwoordelijk zijn voor het leveren van machinesnelheidsreferentie en profileringskoppel aan de teruggewikkelde rol.

Vanwege de grootte van de rollen en het veeleisende koppel dat nodig is om te versnellen en te vertragen, waren alle DC-drives gedimensioneerd om een ​​stroomlimiet van 200 procent gedurende één minuut aan te kunnen.

Twee ACS800-frequentieregelaars en -motoren met een vermogen van 15 pk werden aangesloten op de twee uiteinden van de rol van de rijder om verticale kracht te leveren voor het acceleratie- en deceleratiekoppel. Vanuit mechanisch oogpunt was de grootte van het motorframe gebaseerd op het toepassingsvermogen en de ventilatiestijl, aangezien de motoren zijn gemonteerd in een bewegend frame voor de berijder.

Nieuwe loadcellen voor spanningscontrole
De loadcellen, die de baanspanning op het afwikkelgedeelte van de machine meten, werden vervangen door ABB PillowBlock-achtige Pressductor-transducers. De geselecteerde PFTL-units waren gebaseerd op systeemvereisten en het feit dat ze een directe fysieke vervanging waren voor de oude loadcellen. De loadcellen met nieuwe technologie van ABB, die vooraf zijn gekalibreerd voor de toepassing, verbeteren de spanningsregeling en verminderen de installatietijd en -kosten.

compatibele platforms; Retrofit en gebruik bestaande gelijkstroommotoren
Het personeel van de integrator was van mening dat de DCS800 perfect geschikt was voor de engineering- en IT-medewerkers van de papierfabriek, die al bekend waren met de bedienings- en inbedrijfstellingsfuncties van DC-drives. ABB's complementaire ACS800, met een look en feel die vergelijkbaar is met het DC-product, maakte het voor de molen gemakkelijk om over te stappen op AC.

“Ervoor zorgen dat de DC-drives volledig complementair waren – hand in hand, stap-in-stap – met wat we gingen doen met het AC-product, dat was echt belangrijk; die twee op hetzelfde platform hebben”, zegt Tierno.

Hij legt uit dat de nieuwe DC-drives retrofitters in staat stellen om up-to-date technologie en uitstekende regelgeving te bieden tegen een fractie van de kosten van het vervangen van het hele voedingssysteem. “Veel van onze klanten zijn niet op zoek naar het vervangen van motoren en doorlopen een enorm installatieproces. Als er een meer kosteneffectieve methode is, willen ze erover horen.”

Hoofdbesturing via opwindsoftware
In samenwerking met de aandrijvingen installeerde de systeemintegrator zijn eigen opwindsoftware, iWind genaamd, die is ontworpen om het rolprofiel en de kwaliteit te optimaliseren en tegelijkertijd automatisch stoppen, productrecepten, numerieke en grafische instelpunten, toestemmingen en volledige diagnose biedt. Een elegante en gebruiksvriendelijke interface, iWind voegt de verschillende besturingsapparatuur rechtstreeks samen met de schijfhardware, wat resulteert in een minder complex systeem dat betere prestaties levert. Het is ook gemakkelijker om problemen op te lossen en te onderhouden.

SDS was voornamelijk gericht op spanning, kneep en koppel (TNT) en was in staat om een ​​architectuur te creëren die voldeed aan de behoefte van de klant aan verbeterde rolkwaliteit. De automatische stopfunctie loste het probleem van de productlengte en -diameter op. Permissieve en diagnostische pagina's boden operators snelle hulp bij het draaiende houden van de haspel en verminderden het aantal supportaanvragen voor onderhoud. Dankzij het receptsysteem konden bewerkingen snel bestellingen plaatsen en de productconsistentie behouden.

Voorgefabriceerde verhoogde panelen Snelle installatie in vijf dagen
Bij de retrofit werd gebruik gemaakt van bestaande constructie - een ontwerp met open panelen dat minimale ruimte en vrije ruimte in de controlekamer vereiste. In plaats van op de vloer gemonteerde kasten te gebruiken, werden alle voedingsmodules, stroomonderbrekers en andere componenten op verhoogde panelen geplaatst. Dit stelde de integrator in staat om voor elke schijf een apart subpaneel te bouwen, zodat er tijd was voordat de oude apparatuur werd gesloopt om de schijven afzonderlijk en als groep te testen! Dit maakte het mogelijk om alle communicatie tussen de aandrijvingen en veel van de applicatiesoftware en de aandrijvingsfunctionaliteit grondig te testen vóór installatie en inbedrijfstelling.

De opzet en inbedrijfstelling van het applicatieprogramma verliep soepel. Het team van systeemintegratoren had ongeveer vier weken nodig om de schema's te ontwerpen, de aandrijf- en controllersoftware te maken en de panelen te bouwen. Na een grondig testproces van twee weken was het team in staat om de nieuwe apparatuur te installeren binnen de vijf dagen die de fabriek nodig had. Ingenieurs bleven een paar dagen na het opstarten ter plaatse om een ​​naadloze overgang voor de fabrieksoperators te garanderen.

Winnende combinatie zorgt voor optimale uptime
Sinds de installatie van de DCS800- en ACS800-drives, in aanvulling op iWind-software, is de fabriek in staat geweest om hun doelstellingen van verhoogde productie, efficiëntie op topsnelheid, betere rolkwaliteit, minder onderhoud en minimale stilstanden te realiseren. Ze zijn er zelfs in geslaagd om shutdowns die eerder plaatsvonden als gevolg van een defect aan een onderdeel, vrijwel te elimineren.

"We zijn blij met de producten en ondersteuning van ABB en zijn van plan om ABB-producten te blijven gebruiken voor toekomstige projecten", aldus Parker. "En op dit moment hebben we acht papierproductieprojecten voor de boeg waarvoor we ABB aanbevelen, ofwel ACS800, DCR- of DCS-800 voor verschillende toepassingen."

Tierno voegt toe:“Onze relatie met ABB en de mensen in Nieuw-Berlijn is zeer de moeite waard geweest. Ze zijn zeer behulpzaam geweest bij het leveren van producten en bij training over de nieuwe producten, vooral de DCS800.”

ABB-producten bieden de systeemintegrator de middelen en flexibiliteit die ze nodig hebben om elke klant tevreden te stellen volgens hun specifieke behoeften en budget.

ABB en SDS hebben nog een reden om feest te vieren:de installatie van de papierfabriek is de eerste keer dat een DCS800 is geïntegreerd in een totaalsysteempakket in de Verenigde Staten. Met de bijna onbeperkte schaalbaarheid van de DCS800 kijkt het hele team ernaar uit om klanten nog vele jaren te voorzien van schijven en software.

Schematische voorstelling van retrofit van gelijkstroom- en wisselstroomaandrijvingen van slitter-opwinder in een grote papierfabriek in het zuidoosten van het land.

Hoofdpaneel, dat de ABB ACS800 Rider Roll-frequentieregelaars en de hoofdcontroller bevat.

Unwind Drive – de nieuwe ABB DCS800 tijdens systeemtests.

Van links naar rechts:papierrol, voorste trommel, achterste trommelpanelen met ABB DCS800 DC-drives. Door de panelen vooraf te bouwen, was het mogelijk om de volledige retrofit van de slitter-winder binnen vijf dagen te installeren.

Ga voor meer informatie over dit onderwerp naar www.abb.us/drives of neem contact op met Thomas Junger, productlijnmanager, ABB Inc. op 262-785-3377 of [email protected].