ケーススタディ：製紙工場のスリッター巻き取り機のドライブと改造

米国は、持続可能性のための連邦ネットワークによると、年間約800万トンの事務用紙を使用しています。これは、高さ20フィート、長さ6,815マイルの壁を構築するのに十分です。需要に追いつくために、製紙工場は常に効率と品質を改善する方法を探しています。製紙にはさまざまな機械やプロセスが関係していますが、製紙工場の重要な部分はスリッター巻き取り機です。

スリッター巻き取り機は、メインの製紙機から新しく作られた巨大なロールを巻き戻し、それらをより小さなセクションに切断し、より扱いやすいロールとして巻き戻して配布する役割を果たします。製紙工場の最終生産拠点の1つとして、スリッター巻き取り機に問題があると、製紙工場全体の生産が停止する可能性があります。

複数のモーターとコントロールで構成されているスリッターリワインダーは、工場で最も先進的な設備の1つです。この機械のプロセスの中心は、ロール紙の品質を決定する張力です。完璧なウェブトラッキング、正確なスリット、適切なロール密度プロファイルを確保するには、プロセス全体に正確で一貫した力を加える必要があります。

ニップ制御を除いて、ロールの品質は主にドライブのパフォーマンスによって決まります。ワインダーは協調システムとして動作し、停止からフルスピード、バックダウンからゼロスピードまでの継続的なサイクルを通じて速度とトルクを厳密に制御する必要があります。パフォーマンスのわずかな不正確さでさえ、シートの破損、粗いエッジ、伸縮、オフセット、タイアップなどの問題を引き起こし、ダウンタイム、ロールの拒否、そして最終的には利益の損失をもたらす可能性があります。

目的：継続的な高速生産
生産性と効率を向上させるために、米国南東部のある主要な製紙工場施設は、スリッター巻き取り機を再構築し、最新の技術を組み込むことを決定しました。アップグレードの目標は、ロールの品質を改善し、マシンの速度を可能な限り最高レベルに上げ、コストのかかるシャットダウンを排除することでした。

工場は、紙およびウェブ処理業界向けの制御設計を専門とする米国を拠点とするシステムインテグレーターであるSDSIncに目を向けました。 SDSは既存のシステムを分析し、既存のモーターとコンポーネント、統合されたABBの最先端のACS800ACドライブおよび新しいDCS800DCドライブ（この種の最先端のDCドライブ）を利用した費用効果の高いソリューションを提供しました。ドライブハードウェアは、SDSのIntelli-Windで締めくくられました。これは、TNT制御、レシピ、数値およびグラフィックの設定値、許容値、および診断を提供する、人気のある2ドラムワインダーHMIです。

システムインテグレーターの担当者は、状況を調査するために施設を何度か訪問しました。彼らは、既存のスリッター巻き取り機にさまざまな問題があることを学びました。

「その巻き戻しの影響を受けるすべての人の視点を得ることが不可欠です」と、SDSのシニアセールスエンジニアであるジョンパーカーは言います。 「メンテナンスクルーは、コンポーネントの故障と、アナログコンポーネントのドリフトを防ぐために正確な温度制御を必要とするドライブルームについて懸念を抱いていました。生産部門は、稼働時間を増やし、ロール品質を改善し、費用対効果の高い製品を顧客に提供したいと考えていました。また、技術的に高度な機器を使用したいと考えていました。 ABBとのパートナーシップにより、これらの利点に取り組み、達成することができました。」

古い機器：維持するのに非効率的で費用がかかる
ABBとシステムインテグレーターの専門家の両方によると、この製紙工場は、25〜30年前のドライブシステムで稼働しているメーカーの数が増えています。スリッター巻き取り機の駆動システムは、修理と保守にますます費用がかかるようになりました。多くのコンポーネントが廃止され、交換できませんでした。一部のアナログ機器はドリフトのために常に注意を払う必要があり、古い配線はヒンジポイントで破損と絶縁破壊の兆候を示し始めました。サイリスタアセンブリとヒューズを所定の位置に保持する機械的アセンブリは、修理の余地がありませんでした。そして、何よりも、パワーモジュールの構造的完全性に問題がありました。

SDSのシニアアプリケーションエンジニアであるCraigTiernoは、これらの複数の問題があるため、既存のパワーブリッジを維持しながら、アナログレギュレータをデジタルレギュレータに置き換える改造は実用的ではなかったと説明しています。電源モジュール内のSCRは信頼できません。そのため、インテグレーターは、信頼性とパフォーマンスを向上させるために、ドライブと制御システムの完全なアップグレードを推奨しました。

「多くの場合、企業のDC電源モジュールがまだライフサイクル内にある場合は、既存のSCRを起動しながら規制パフォーマンスを強化するために、新しいデジタル高性能フロントエンド（DFE）を後付けすることをお勧めします」とTierno氏は言います。この場合、それはできませんでした。」

新しいテクノロジーは、ドライブと連携して、貴重な相乗効果を提供します
ドライブソリューションの検索で、インテグレータはABBで答えを見つけました。

「私たちの最大の懸念は、ドライブサプライヤがDCで新しいことを何もしていないことでした。サプライヤーのほとんどは、10〜20年前の製品を使用していました」とTierno氏は言います。

彼が学んだABBは、AC製品と同じソフトウェアツールと通信モジュールのいくつかを使用して設計された新しいDCドライブを開発していました。これにより、プロジェクトでDC製品とAC製品の両方を使用および統合することが可能になりました。

北米には、さまざまな馬力と速度範囲を備えたDCモーターの大規模な設置ベースがまだあります。

「これらのモーターは長寿命で、適切なメンテナンスと時折の修理が行われるため、顧客は必ずしもモーターを交換する必要はありません」とTierno氏は言います。 「これらのモーターを制御するための新しい技術を発明し、導入し続けているABBのようなサプライヤーを見つけることは、最初から私たちに利点をもたらしました。」

このシステムでは、4台のABBDCS800ドライブが取り付けられました。最初のドライブは、ジャンボ親ロールに張力調整を提供する500馬力の巻き戻しモーターを制御します。 2番目のDCS800ドライブは、紙をスリッターセクションに搬送するために使用される50馬力の引き込み式紙ロールに取り付けられました。 3番目と4番目のドライブは、250HPのフロントドラムとリアドラムに取り付けられました。これらのコンポーネントは、巻き直されたロールに機械速度の基準とプロファイリングトルクを提供する役割を果たします。

ロールのサイズと加速および減速に必要な厳しいトルクのために、すべてのDCドライブは、1分間で200％の電流制限を処理できるサイズになっています。

定格15HPの2つのACS800ACドライブとモーターをライダーロールの両端に接続して、加速トルクと減速トルクに垂直方向の力を提供しました。機械的な観点から、モーターは移動するライダーロールフレーム内に取り付けられているため、モーターフレームのサイズはアプリケーションの馬力と換気スタイルに基づいています。

張力制御用の新しいロードセル
機械の巻き戻しセクションのウェブ張力を測定するロードセルは、ABBPillowBlockスタイルのPressductorトランスデューサーに置き換えられました。 PFTLユニットは、システム要件と、古いロードセルの直接的な物理的代替品であるという事実に基づいて選択されました。アプリケーション用に事前に校正されたABBの新技術ロードセルは、張力制御を強化し、設置時間とコストを削減します。

互換性のあるプラットフォーム。既存のDCモーターを改造して使用する
インテグレーターの担当者は、DCS800は、DCドライブの操作および試運転機能にすでに精通している製紙工場のエンジニアリングおよびITスタッフに最適であると感じました。 DC製品に似たルックアンドフィールを備えたABBの補完的なACS800により、工場はACに簡単に移行できました。

「DCドライブがAC製品でやろうとしていたことと完全に補完的であることを確認することは、非常に重要でした。同じプラットフォーム上にこれら2つを配置します」とTierno氏は言います。

彼は、新しいDCドライブにより、レトロフィッターが電力システム全体を交換するコストの何分の1かのコストで最新のテクノロジーと卓越した規制を提供できるようになると説明しています。 「多くのお客様は、モーターを交換して大規模な設置プロセスを経ることを望んでいません。より費用対効果の高い方法がある場合、彼らはそれについて聞きたがっています。」

ワインダーオペレーティングソフトウェアによるマスターコントロール
ドライブと連携して、システムインテグレーターは、iWindと呼ばれる独自のワインダーオペレーティングソフトウェアをインストールしました。これは、自動停止、製品レシピ、数値およびグラフィック設定値、許容値、および完全な診断を提供しながら、ロールプロファイルと品質を最適化するように設計されています。エレガントで使いやすいインターフェースであるiWindは、さまざまな制御機器をドライブハードウェアと直接統合し、パフォーマンスを向上させる複雑さの少ないシステムを実現します。トラブルシューティングと保守も簡単です。

SDSは、主に張力、ニップ、およびトルク（TNT）に重点を置いており、ロール品質の向上に対する顧客のニーズを満たすアーキテクチャを作成することができました。自動停止機能は、製品の長さと直径に関する工場の問題を解決しました。許容ページと診断ページにより、オペレーターはワインダーの稼働を維持するための迅速な支援を提供し、メンテナンスへのサポートコールを減らすことができました。レシピシステムにより、オペレーションは注文を迅速に設定し、製品の一貫性を維持することができました。

事前に作成された高架パネルで5日間の設置が可能
改造では、既存の構造を利用しました。これは、制御室のスペースとクリアランスを最小限に抑えたオープンパネル設計です。床に取り付けられたキャビネットを使用する代わりに、すべての電源モジュール、回路ブレーカー、およびその他のコンポーネントが高架パネルに配置されました。これにより、インテグレータはドライブごとに個別のサブパネルを事前に構築できるようになり、古い機器を解体する前に、ドライブを個別に、またはグループとしてテストできるようになりました。これにより、ドライブと多くのアプリケーションソフトウェアおよびドライブ機能との間のすべての通信を、インストールおよび試運転の前に徹底的にテストすることが可能になりました。

アプリケーションプログラムのセットアップと試運転はスムーズなプロセスでした。システムインテグレーターチームが回路図を設計し、ドライブとコントローラーソフトウェアを作成し、パネルを構築するのに約4週間かかりました。徹底的な2週間のテストプロセスの後、チームは工場が必要とする5日間の緊急事態の範囲内で新しい機器を設置することができました。エンジニアは、プラントオペレーターのシームレスな移行を確実にするために、起動後数日間現場に留まりました。

勝利の組み合わせにより、最適な稼働時間が可能になります
DCS800およびACS800ドライブのインストール以来、iWindソフトウェアを補完することで、工場は生産の増加、最高速度の効率、ロール品質の向上、メンテナンスの削減、シャットダウンの最小化という目標を実現することができました。実際、コンポーネントの誤動作が原因で以前に発生したシャットダウンを事実上排除することができました。

「私たちはABB製品とサポートに満足しており、今後のプロジェクトでABB製品を引き続き使用する予定です」とパーカー氏は述べています。 「そして現在、私たちの目の前には8つの製紙プロジェクトがあり、さまざまなアプリケーションにACS800、DCR-、またはDCS-800のいずれかのABBを推奨しています。」

ティアーノは次のように付け加えています。「ABBとニューベルリンの人々との関係は非常にやりがいがあります。彼らは、製品の納品や新製品、特にDCS800のトレーニングに最も役立ちました。」

ABB製品は、システムインテグレーターに、特定のニーズと予算に応じて各顧客を満足させるために必要なリソースと柔軟性を提供します。

ABBとSDSには、祝うもう1つの理由があります。製紙工場の設置は、DCS800が米国のトータルシステムパッケージに統合されたのは初めてのことです。 DCS800のほぼ無制限のスケーラビリティにより、チーム全体が今後何年にもわたってドライブとソフトウェアを顧客に提供することを楽しみにしています。

南東部の大規模な製紙工場の施設でのスリッター巻き取り機のDCおよびACドライブの改造の概略図。

マスターパネル。ABBACS800ライダーロールACドライブとマスターコントローラーが含まれています。

ドライブの巻き戻し–システムテスト中の新しいABBDCS800。

左から右へ：ABB DCS800 DCドライブを備えたロール紙、フロントドラム、リアドラムパネル。パネルを事前に構築することで、5日以内にスリッターリワインダーのレトロフィット全体を取り付けることができました。

このテーマの詳細については、www.abb.us / drivesにアクセスするか、ABBInc。の製品ラインマネージャーであるThomasJunger（262-785-3377）または[email protected]にお問い合わせください。