ケーススタディ：ABBドライブ導入で大手製紙工場のスリッターリワインダー性能を飛躍向上

米国連邦持続可能性ネットワークによれば、米国は年間約800万トンのオフィス用紙を消費しています——20フィート高さの壁を6,815マイル延ばせる量です。この需要に応えるため、製紙工場は効率と品質改善を執拗に追求しています。製紙に関わる多数の機械の中でも、スリッターリワインダーは不可欠です。

スリッターリワインダーは、メイン製紙ラインから巨大ロールを繰り出し、小幅にスリットし、流通用の取り扱いやすいロールへ巻き直します。最終工程であるため、この機械のあらゆる故障が工場全体を停止させます。

複数のモータと制御ユニットで構成されるスリッターリワインダーは、工場内で最も高度な設備の一つです。その運転の中核はテンション制御であり、これが製品ロール品質を決定します。ウェブトラッキング、精密スリット、適正ロール密度プロファイルを確保するには、プロセス全体で一貫した力を加え続ける必要があります。

ニップ制御に加え、ロール品質はドライブ性能に依存します。ワインダーは協調システムとして動作し、継続的な停止-全速-減速サイクルを通じて、厳密な速度とトルク制御を提供しなければなりません。微細な不正確さがシート切れ、粗いエッジ、テレスコーピング、オフセット、タイアップを引き起こし、ダウンタイム、不良ロール、利益損失につながります。

目的：継続的高速生産

生産性と効率向上のため、米国南東部の大手製紙工場はスリッターリワインダーをリビルドし、最新技術を統合することを決定。アップグレードの狙いは、ロール品質向上、機械速度の最大化、高コストなシャットダウン排除です。

同工場は、紙・ウェブハンドリング向け制御設計を専門とする米国系システムインテグレータSDS Inc.と提携。SDSは既存システムを評価し、現用モータとコンポーネントを活用しつつ、ABBの最新鋭ACS800 ACドライブと新型DCS800 DCドライブ（同クラス最高峰）を導入、さらにSDSのIntelli-Wind（人気の2ドラムワインダーHMIでTNT制御、レシピ、数値/グラフィカルセットポイント、許可条件、診断機能を搭載）を組み合わせた費用対効果の高いソリューションを提供しました。

SDSエンジニアが複数回現地調査し、既存スリッターリワインダーの複数課題を特定しました。

「全ステークホルダーの視点を理解することが不可欠だ」とSDSシニアセールスエンジニア、ジョン・パーカー氏。「保全クルーはコンポーネント故障と、アナログドリフト防止のためのドライブ室精密温度管理を懸念。生産側は稼働率向上、ロール品質改善、最新設備を要望。ABBとのパートナーシップでこれらを達成できた。」

老朽化設備：非効率で保全コスト高騰

ABBとSDSの専門家双方が指摘するように、工場は25〜30年前のドライブシステムで稼働していました——メーカー間で広がる傾向です。スリッターリワインダーのドライブシステムは修理費が嵩み、入手不能な旧式コンポーネントに悩まされていました。アナログ機器はドリフト対策で常時注意が必要、古い配線はヒンジポイントで断線し始め、サイリスタアセンブリとヒューズを保持する機械アセンブリは修理不能、パワーモジュールは構造的完全性に問題を抱えていました。

SDSシニアアプリケーションエンジニア、クレイグ・ティエルノ氏は、アナログレギュレータをデジタル化しつつ既存パワーブリッジを維持することは非現実的だと説明。パワーモジュール内のSCRがもはや信頼できないため、SDSはドライブと制御システムの全面刷新を推奨し、信頼性と性能を改善しました。

「DCパワーモジュールが寿命内なら、通常は新デジタル高性能フロントエンド（DFE）へレトロフィットし、既存SCRを活かしつつ制御性を高める提案をします」とティエルノ氏。「今回はそれが不可能でした。」

新技術がドライブと相乗効果

ドライブソリューション探索中、SDSはABBがAC製品と同一ソフトウェアツール・通信モジュールを共有する新DCドライブを開発中であることを発見。この互換性により、DCとACコンポーネントのシームレスな統合が可能になりました。

北米には幅広い馬力・速度レンジのDCモータ設置ベースが依然として巨大です。適切な保全で長寿命化可能なため、顧客は通常モータ交換を望みません。これらモータ向けに制御技術を継続的に革新するABBのようなサプライヤーを見つけたことは、SDSにとって当初から明確なアドバンテージでした。

リトロフィットでは4台のABB DCS800ドライブを導入。第1はジャンボ親ロールテンション制御用500馬力アンワインドモータ、第2はスリッタへ搬送する50馬力リードインロール、第3・第4は前後ドラム用250馬力モータ（機械速度基準と巻取ロールへのプロファイリングトルク供給）。全DCドライブは、大型ロールと要求されるトルクに対応し、1分間200%電流リミットに耐えるようサイジングされました。

2台のACS800 ACドライブ（各15 HP）がライダーロールエンドを駆動、加減速トルク用の垂直力を供給。モータフレームサイズは馬力と通風方式に基づき選定（モータが可動ライダーロールフレームに搭載されるため）。

テンション制御用新ロードセル

アンワインド部の旧ロードセルをABBのピローブロック型プレストラクタトランスデューサー（PFTLユニット）に置換。物理的互換性と事前キャリブレーションにより、テンション制御を向上し、設置時間とコストを削減。

互換プラットフォーム；既存DCモータでレトロフィット

インテグレーターは、DCS800が工場のエンジニアリング・ITスタッフにとって理想的なマッチであることを発見。彼らはすでにDCドライブ操作とコミッショニングに精通していました。ABBの補完的ACS800は類似のルックアンドフィールで、ACへの移行をスムーズにしました。

「DCドライブがAC製品と同一プラットフォームで補完し合うことは極めて重要だった」とティエルノ氏。「このシナジーにより、レトロフィッターはフルパワーシステム置換のコストの一部で、最先端技術と優れた制御性を提供できます。」

ワインダー運用ソフトウェアによるマスターコントロール

ドライブと併せて、SDSはiWindワインダー運用ソフトウェアを導入。ロールプロファイルと品質を最適化する設計です。自動停止、製品レシピ、数値/グラフィカルセットポイント、許可条件、完全診断を提供。直感的インターフェースが制御機器をドライブハードウェアと直接統合し、トラブルシューティングと保全を簡素化。

テンション、ニップ、トルク（TNT）に焦点を当て、SDSは工場のロール品質向上ニーズに応えるアーキテクチャを設計。自動停止機能が製品長と直径の問題に対処、許可条件と診断ページでオペレータへ迅速支援、保全コール削減。レシピシステムで操業側が受注を迅速にセットアップし、製品一貫性を維持。

プレビルド昇降パネルで5日間設置を実現

リトロフィットは既存構造——クリーンでオープンなパネル設計——を活用し、制御室スペースを最小限に。床置きキャビネット 대신、全パワーモジュール、ブレーカー、コンポーネントを昇降パネルに配置。このアプローチで、SDSはドライブごとに独立したサブパネルをプレビルドし、旧設備撤去前に個別・統合テストを実施。通信、アプリケーションソフト、ドライブ機能の徹底テストを設置・コミッショニング前に完了。

セットアップとコミッショニングは順調。SDSエンジニアは約4週間で回路図設計、ドライブ/コントローラソフト作成、パネル製作。2週間のテストフェーズ後、工場要求の5日予備内で新設備設置完了。エンジニアは起動後数日現地に残り、プラントオペレータへのシームレスな移行を支援。

勝利の組み合わせが最適稼働を実現

DCS800とACS800ドライブ、iWindソフトウェア導入以来、工場は目標達成：生産増、最高速効率、最高ロール品質、保全削減、最小シャットダウン。以前のコンポーネント故障によるシャットダウンをほぼ排除。

「ABB製品とサポートに満足、今後もプロジェクトでABBを採用予定」とパーカー氏。「現在8件の製紙プロジェクト進行中、ABBのACS800、DCR-またはDCS-800を各用途で推奨。」

ティエルノ氏も「ABBとニューベルリンチームとの関係は非常に有意義。新型DCS800の優れた納品とトレーニングを受けた。」

ABB製品は、SDSに各顧客固有のニーズと予算を満たすリソースと柔軟性を提供します。

ABBとSDSにとってもう一つの祝福：この製紙工場設置は、米国でDCS800が完全システムパッケージに統合された初事例です。DCS800のほぼ無限の拡張性により、チームは今後長年にわたりドライブとソフトウェアを顧客へ供給し続けられます。

南東部大手製紙工場のスリッターリワインダーDC/ACドライブリトロフィット概略図。

マスターパネル：ABB ACS800ライダーロールACドライブとマスターコントローラを収容。

アンワインドドライブ – システムテスト中の新型ABB DCS800。

左から：製紙ロール、フロントドラム、リアドラムパネル（ABB DCS800 DCドライブ搭載）。パネルプレビルドにより、スリッターリワインダー全リトロフィットを5日で設置可能に。

詳細については www.abb.us/drives をご覧いただくか、ABB Inc.製品ラインマネージャー、トーマス・ユンガー氏（262-785-3377、Thomas.junger@us.abb.com）までお問い合わせください。