Étude de cas :Entraînements et rétrofits sur refendeuse-bobineuse de papeterie

Les États-Unis, selon le Federal Network for Sustainability, utilisent environ 8 millions de tonnes de papier de bureau par an. Cela suffit pour construire un mur de 20 pieds de haut et 6.815 miles de long. Pour répondre à la demande, les papeteries sont constamment à la recherche de moyens d'améliorer l'efficacité et la qualité. Bien qu'il existe de nombreuses machines et processus différents impliqués dans la fabrication du papier, une partie vitale de toute papeterie est la refendeuse-bobineuse.

Une refendeuse-enrouleuse est chargée de dérouler d'énormes rouleaux nouvellement fabriqués à partir de la machine à papier principale, de les couper en sections plus petites et de les rembobiner en rouleaux plus faciles à gérer pour la distribution. En tant que l'un des points de production finaux d'une papeterie, tout problème avec la refendeuse-bobineuse peut arrêter la production de l'ensemble de l'usine.

Composée de plusieurs moteurs et commandes, la refendeuse-enrouleuse est l'une des pièces d'équipement les plus avancées d'une usine. Au cœur du processus de cette machine se trouve la tension, qui détermine la qualité des rouleaux de papier. Des forces précises et cohérentes doivent être appliquées tout au long du processus pour assurer un suivi parfait de la bande, une coupe précise et des profils de densité de rouleaux appropriés.

À l'exception du contrôle du pincement, la qualité du rouleau est régie, en grande partie, par les performances des entraînements. L'enrouleur doit fonctionner comme un système coordonné et fournir un contrôle strict de la vitesse et du couple tout au long des cycles continus - de l'arrêt à la pleine vitesse et de la descente à la vitesse zéro. Même de petites inexactitudes dans les performances peuvent causer des problèmes, tels que des ruptures de feuille, des bords rugueux, un télescopage, des décalages et des attaches, entraînant des temps d'arrêt, des rouleaux rejetés et, finalement, une perte de profit.

Objectif :Production continue à grande vitesse
Pour augmenter la productivité et l'efficacité, une usine de papeterie de premier plan dans le sud-est des États-Unis a décidé de reconstruire sa refendeuse-bobineuse et d'intégrer les dernières technologies. L'objectif de la mise à niveau était d'améliorer la qualité des rouleaux, d'augmenter la vitesse de la machine au niveau le plus élevé possible et d'éliminer les arrêts coûteux.

L'usine s'est tournée vers SDS Inc, un intégrateur de systèmes basé aux États-Unis qui se spécialise dans la conception de commandes pour les industries de traitement du papier et de la bande. SDS a analysé le système existant et a fourni une solution rentable qui utilisait les moteurs et composants existants, intégrait les variateurs CA ACS800 de pointe d'ABB et les nouveaux variateurs CC DCS800 - le variateur CC le plus avancé de sa catégorie. Le matériel d'entraînement a été complété par l'Intelli-Wind de SDS, une IHM d'enroulement à deux tambours populaire qui fournit un contrôle TNT, des recettes, des points de consigne numériques et graphiques, des autorisations et des diagnostics.

Le personnel de l'intégrateur de système a effectué plusieurs visites dans l'établissement pour évaluer la situation. Ils ont appris qu'il y avait une variété de problèmes avec la découpeuse-enrouleuse existant.

« Il est impératif d'avoir le point de vue de toutes les personnes concernées par cette rembobineuse », déclare John Parker, ingénieur commercial principal pour SDS. « L'équipe de maintenance avait des inquiétudes concernant la défaillance des composants et une salle d'entraînement qui nécessitait un contrôle précis de la température pour empêcher les composants analogiques de dériver. Le service de production souhaitait augmenter le temps de disponibilité, améliorer la qualité des rouleaux et fournir à ses clients un produit rentable, et ils voulaient utiliser un équipement à la pointe de la technologie. Notre partenariat avec ABB nous a permis de poursuivre et d'atteindre ces avantages. »

Équipement obsolète :inefficace et coûteux à entretenir
Cette papeterie, selon les experts d'ABB et des intégrateurs de systèmes, faisait partie d'un nombre croissant de fabricants qui fonctionnent toujours avec des systèmes d'entraînement vieux de 25 à 30 ans. Le système d'entraînement de la refendeuse-enrouleuse devenait de plus en plus coûteux à réparer et à entretenir. Un certain nombre de composants étaient devenus obsolètes et ne pouvaient pas être remplacés. Certains des équipements analogiques nécessitaient une attention constante en raison de la dérive, et l'ancien câblage a commencé à montrer des signes de rupture et de rupture d'isolation aux points charnières. Les ensembles mécaniques qui retenaient les ensembles de thyristors et les fusibles en place étaient au-delà de la réparation; et, en plus de tout le reste, il y avait des problèmes avec l'intégrité structurelle des modules d'alimentation.

Craig Tierno, ingénieur d'application senior chez SDS, explique qu'avec ces multiples problèmes, une modernisation qui remplacerait les régulateurs analogiques par des homologues numériques, tout en conservant leur pont de puissance existant, n'était pas pratique. Les SCR à l'intérieur des modules d'alimentation ne seraient pas fiables. L'intégrateur a donc recommandé une mise à niveau complète du système d'entraînement et de contrôle pour améliorer la fiabilité et les performances.

« Souvent, si les modules d'alimentation CC d'une entreprise sont encore dans leur cycle de vie, nous recommanderons de les équiper de nouveaux frontaux numériques hautes performances (DFE) pour améliorer les performances de régulation tout en déclenchant les SCR existants », explique Tierno, « Dans ce cas, nous ne pouvions pas faire cela. »

Les nouvelles technologies, de concert avec les variateurs, offrent une précieuse synergie
Dans sa recherche d'une solution d'entraînement, l'intégrateur a trouvé une réponse dans ABB.

« Notre plus grande préoccupation était que les fournisseurs de disques ne faisaient rien de nouveau avec DC. La plupart des fournisseurs étaient assis sur des produits qui avaient près de 10 à 20 ans », explique Tierno.

ABB, a-t-il appris, développait un nouveau variateur CC, conçu avec certains des mêmes outils logiciels et modules de communication que ses produits CA. Cela a rendu possible d'utiliser et à intégrer les produits DC et AC dans le projet.

Il existe encore une grande base installée de moteurs à courant continu dans toute l'Amérique du Nord avec une grande variété de plages de puissance et de vitesse.

« Ces moteurs ont une longue durée de vie avec un entretien approprié et des réparations occasionnelles, de sorte que les clients ne sont pas nécessairement impatients de les remplacer », explique Tierno. « Trouver un fournisseur tel qu'ABB, qui continue d'inventer et d'introduire de nouvelles technologies pour contrôler ces moteurs, nous a donné un avantage dès le début. »

Pour ce système, quatre variateurs ABB DCS800 ont été installés. Le premier entraînement contrôle le moteur de déroulement de 500 chevaux qui régule la tension du rouleau parent jumbo. Le deuxième entraînement DCS800 a été installé sur le rouleau de papier d'entrée de 50 chevaux-vapeur qui est utilisé pour transporter le papier jusqu'à la section de découpe. Les troisième et quatrième entraînements ont été installés sur les tambours avant et arrière de 250 CV - des composants chargés de fournir une référence de vitesse de la machine et un couple de profilage au rouleau de rembobinage.

En raison de la taille des rouleaux et du couple exigeant requis pour accélérer et décélérer, tous les entraînements CC ont été dimensionnés pour gérer une limite de courant de 200 % pendant une minute.

Deux entraînements et moteurs CA ACS800 d'une puissance nominale de 15 CV ont été connectés aux deux extrémités du rouleau du pilote pour fournir une force verticale pour le couple d'accélération et de décélération. D'un point de vue mécanique, la taille du châssis du moteur était basée sur la puissance de l'application et le style de ventilation, car les moteurs sont montés dans un châssis mobile.

Nouvelles cellules de charge pour le contrôle de la tension
Les cellules de charge, qui mesurent la tension de la bande sur la section de déroulement de la machine, ont été remplacées par des transducteurs Pressductor de style ABB PillowBlock. Les unités PFTL sélectionnées étaient basées sur les exigences du système et le fait qu'elles constituaient un remplacement physique direct des anciennes cellules de pesée. Les capteurs de pesage de nouvelle technologie d'ABB, pré-calibrés pour l'application, améliorent le contrôle de la tension et réduisent le temps et les coûts d'installation.

Plateformes compatibles ; Rénovez et utilisez des moteurs à courant continu existants
Le personnel de l'intégrateur a estimé que le DCS800 convenait parfaitement au personnel technique et informatique de l'usine de papier, qui était déjà familiarisé avec les fonctions d'exploitation et de mise en service des variateurs CC. L'ACS800 complémentaire d'ABB, avec une apparence et une convivialité similaires au produit CC, a facilité la transition de l'usine vers le CA.

« S'assurer que les variateurs CC étaient totalement complémentaires – main dans la main, pas à pas – avec ce que nous allions faire avec le produit CA, c'était vraiment important; avoir ces deux sur la même plate-forme », explique Tierno.

Il explique que les nouveaux variateurs CC permettent aux rétrofiteurs de fournir une technologie de pointe et une régulation exceptionnelle à une fraction du coût de remplacement de l'ensemble du système électrique. « Beaucoup de nos clients ne cherchent pas à changer de moteur et à passer par un processus d'installation énorme. S'il existe une méthode plus rentable, ils veulent en entendre parler. »

Master Control via le logiciel Winder-exploitation
En coordination avec les entraînements, l'intégrateur système a installé son propre logiciel d'exploitation du bobinoir, appelé iWind, conçu pour optimiser le profil et la qualité des rouleaux tout en offrant un arrêt automatique, des recettes de produits, des points de consigne numériques et graphiques, des autorisations et des diagnostics complets. Une interface élégante et facile à utiliser, iWind fusionne les divers équipements de contrôle directement avec le matériel du variateur, résultant en un système moins complexe qui offre des performances accrues. Il est également plus facile à dépanner et à entretenir.

Principalement axé sur la tension, le pincement et le couple (TNT), SDS a été en mesure de créer une architecture qui répondait au besoin du client d'améliorer la qualité des rouleaux. La fonction d'arrêt automatique a résolu le problème de la longueur et du diamètre du produit du broyeur. Les pages d'autorisation et de diagnostic ont fourni aux opérateurs une aide rapide pour maintenir l'enrouleur en marche et ont réduit les appels d'assistance à la maintenance. Le système de recettes des opérations a permis de mettre en place les commandes rapidement et maintenir la cohérence du produit.

Les panneaux surélevés préfabriqués accélèrent l'installation en cinq jours
La modernisation a utilisé la construction existante - une conception à panneau ouvert qui nécessitait un minimum d'espace et d'espace dans la salle de contrôle. Au lieu d'utiliser des armoires montées au sol, tous les modules d'alimentation, disjoncteurs et autres composants ont été disposés sur des panneaux surélevés. Cela a permis à l'intégrateur de pré-construire un sous-panneau distinct pour chaque variateur, laissant du temps avant la démolition de l'ancien équipement pour tester les variateurs individuellement et en groupe ! Cela a permis de tester minutieusement toutes les communications entre les variateurs et une grande partie du logiciel d'application et des fonctionnalités du variateur avant l'installation et la mise en service.

La configuration et la mise en service du programme d'application se sont déroulées sans heurts. Il a fallu environ quatre semaines à l'équipe d'intégrateurs de système pour concevoir les schémas, créer le logiciel du variateur et du contrôleur et construire les panneaux. Après un processus de test approfondi de deux semaines, l'équipe a pu installer le nouvel équipement dans les cinq jours requis par l'usine. Les ingénieurs sont restés sur place pendant quelques jours après le démarrage pour assurer une transition en douceur pour les opérateurs de l'usine.

combinaison gagnante Permet optimale Uptime
Depuis l'installation des variateurs DCS800 et ACS800, en complément du logiciel iWind, l'usine a pu atteindre ses objectifs d'augmentation de la production, d'efficacité à grande vitesse, de meilleure qualité de rouleau, de maintenance réduite et d'arrêts minimaux. En fait, ils ont été en mesure d'éliminer la quasi-arrêts qui ont eu lieu précédemment en raison d'un mauvais fonctionnement des composants.

« Nous sommes satisfaits des produits et du support ABB et prévoyons de continuer à utiliser les produits ABB pour de futurs projets », a déclaré Parker. « Et, pour le moment, nous avons devant nous huit projets de fabrication de papier pour lesquels nous recommandons ABB, soit ACS800, DCR- ou DCS-800 pour diverses applications. »

Tierno ajoute :« Notre relation avec ABB et les habitants de New Berlin a été très enrichissante. Ils ont été très utiles pour la livraison des produits et la formation sur les nouveaux produits, en particulier le DCS800.

Les produits ABB offrent à l'intégrateur système les ressources et la flexibilité dont il a besoin pour aider à satisfaire chaque client en fonction de ses besoins et de son budget spécifiques.

ABB et SDS ont une autre raison de se réjouir :l'installation d'une usine de papier marque la première fois qu'un DCS800 est intégré dans un ensemble de systèmes complet aux États-Unis. Avec l'évolutivité presque illimitée du DCS800, toute l'équipe est impatiente de fournir aux clients des disques et des logiciels pour de nombreuses années à venir.

Schéma de la modernisation des entraînements CC et CA de la refendeuse-bobineuse dans une grande usine de papier du sud-est.

Panneau principal, qui contient les variateurs ca ABB ACS800 Rider Roll et le contrôleur principal.

Entraînement dérouleur -. Le nouveau ABB DCS800 lors des essais du système

De gauche à droite :Rouleau de papier, Tambour avant, Panneaux de tambour arrière avec ABB DCS800 DC Drives. La préfabrication des panneaux a permis d'installer l'ensemble du retrofit de la refendeuse-bobineuse en cinq jours.

Pour en savoir plus sur ce sujet, visitez www.abb.us/drives ou contactez Thomas Junger, responsable de la gamme de produits, ABB Inc., au 262-785-3377 ou [email protected].