Estudo de caso:acionamentos e retrofits em cortadora-rebobinadeira de fábrica de papel

Os Estados Unidos, de acordo com a The Federal Network for Sustainability, usam aproximadamente 8 milhões de toneladas de papel de escritório anualmente. Isso é o suficiente para construir uma parede de 6 metros de altura e 6.815 milhas de comprimento. Para acompanhar a demanda, as fábricas de papel estão constantemente procurando maneiras de melhorar a eficiência e a qualidade. Embora existam muitas máquinas e processos diferentes envolvidos na fabricação de papel, uma parte vital de qualquer fábrica de papel é a cortadora-rebobinadeira.

Uma máquina cortadora-rebobinadeira é responsável por desenrolar enormes rolos recém-feitos da máquina principal de fabricação de papel, cortando-os em seções menores e rebobinando-os como rolos mais gerenciáveis ​​para distribuição. Como um dos pontos finais de produção em uma fábrica de papel, qualquer problema com a cortadora-rebobinadeira pode interromper a produção de toda a fábrica.

Composto por vários motores e controles, o cortador-rebobinador é um dos equipamentos mais avançados em uma fábrica. No centro do processo desta máquina está a tensão, que determina a qualidade dos rolos de papel. Forças precisas e consistentes precisam ser aplicadas em todo o processo para garantir o rastreamento perfeito da teia, corte preciso e perfis de densidade de rolo adequados.

Exceto para o controle de nip, a qualidade do rolo é governada, em grande parte, pelo desempenho das unidades. A bobinadeira deve funcionar como um sistema coordenado e fornecer controle rígido de velocidade e torque através dos ciclos contínuos - da parada à velocidade total e de volta à velocidade zero. Mesmo pequenas imprecisões no desempenho podem causar problemas, como quebras de folhas, arestas, encurtamento, deslocamentos e amarrações, resultando em tempo de inatividade, rolos rejeitados e, por fim, perda de lucro.

Objetivo:produção contínua de alta velocidade
Para aumentar a produtividade e a eficiência, uma fábrica de papel líder no sudeste dos Estados Unidos decidiu reconstruir sua cortadora-rebobinadeira e incorporar a tecnologia mais recente. O objetivo da atualização era melhorar a qualidade do rolo, aumentar a velocidade da máquina ao nível mais alto possível e eliminar paradas dispendiosas.

A fábrica recorreu à SDS Inc, uma integradora de sistemas sediada nos EUA especializada em projetos de controle para as indústrias de manuseio de papel e teia. A SDS analisou o sistema existente e forneceu uma solução econômica que utilizou motores e componentes existentes, drives AC de última geração ACS800 da ABB integrados e novos drives DCS800 DC - o drive DC mais avançado de seu tipo. O hardware da unidade foi complementado com o Intelli-Wind da SDS, um HMI de enrolador de dois tambores popular que fornece controle TNT, receitas, pontos de ajuste numéricos e gráficos, permissivos e diagnósticos.

O pessoal do integrador de sistemas fez várias visitas às instalações para examinar a situação. Eles descobriram que havia uma série de problemas com a cortadora-rebobinadeira existente.

“É fundamental ter a perspectiva de todos os afetados por esse rebobinador”, disse John Parker, engenheiro de vendas sênior da SDS. “A equipe de manutenção estava preocupada com a falha de componentes e uma sala de transmissão que exigia um controle de temperatura preciso para evitar que os componentes analógicos se desviassem. O departamento de produção desejava aumentar o tempo de atividade, melhorar a qualidade do rolo e fornecer aos clientes um produto de baixo custo, além de usar equipamentos tecnologicamente avançados. Nossa parceria com a ABB nos permitiu abordar e alcançar essas vantagens. ”

Equipamento desatualizado:ineficiente e caro de manter
Essa fábrica de papel, de acordo com os especialistas da ABB e da integradora de sistemas, estava entre um número crescente de fabricantes que ainda operam com sistemas de acionamento com 25 a 30 anos de idade. O sistema de acionamento da cortadora-rebobinadeira estava ficando cada vez mais caro para reparar e manter. Vários componentes tornaram-se obsoletos e não podiam ser substituídos. Alguns dos equipamentos analógicos precisavam de atenção constante devido ao desvio, e a fiação antiga começou a mostrar sinais de fratura e quebra de isolamento em pontos articulados. Os conjuntos mecânicos que mantinham os conjuntos do tiristor e fusíveis no lugar estavam além do reparo; e, acima de tudo, havia problemas com a integridade estrutural dos módulos de potência.

Craig Tierno, engenheiro de aplicação sênior da SDS, explica que, com esses vários problemas, um retrofit que substituiria os reguladores analógicos por equivalentes digitais, mantendo a ponte de alimentação existente, não era prático. Os SCRs dentro dos módulos de energia não seriam confiáveis. Portanto, o integrador recomendou uma atualização completa do sistema de controle e inversor para melhorar a confiabilidade e o desempenho.

“Freqüentemente, se os módulos de energia CC de uma empresa ainda estão dentro de seu ciclo de vida, recomendamos adaptá-los com novos front-ends digitais de alto desempenho (DFE) para aprimorar o desempenho do regulamento enquanto dispara os SCRs existentes”, diz Tierno, “Em neste caso, não poderíamos fazer isso. ”

Nova tecnologia, em harmonia com drives, fornece sinergia valiosa
Em sua busca por uma solução de drive, o integrador encontrou uma resposta na ABB.

“Nossa maior preocupação era que os fornecedores de drives não estavam fazendo nada de novo com o DC. A maioria dos fornecedores estava sentada em produtos que tinham cerca de 10 a 20 anos ”, diz Tierno.

A ABB, ele aprendeu, estava desenvolvendo um novo inversor CC, projetado com algumas das mesmas ferramentas de software e módulos de comunicação de seus produtos CA. Isso tornou viável o uso e integração de produtos DC e AC no projeto.

Ainda há uma grande base instalada de motores CC em toda a América do Norte, com uma ampla variedade de potências e faixas de velocidade.

“Esses motores têm longa vida útil com manutenção adequada e reparos ocasionais, por isso os clientes não ficam necessariamente ansiosos para substituí-los”, diz Tierno. “Encontrar um fornecedor como a ABB, que continua a inventar e introduzir novas tecnologias para controlar esses motores, nos deu uma vantagem desde o início.”

Para este sistema, quatro drives ABB DCS800 foram instalados. A primeira unidade controla o motor de desenrolamento de 500 cavalos de potência que fornece regulação de tensão para o rolo principal jumbo. O segundo drive DCS800 foi instalado no rolo de papel de chumbo de 50 cavalos que é usado para transportar o papel para a seção de corte. O terceiro e o quarto inversores foram instalados nos tambores dianteiro e traseiro de 250 HP - componentes que são responsáveis ​​por fornecer referência de velocidade da máquina e torque de perfil para o rolo enrolado.

Devido ao tamanho dos rolos e ao torque exigente necessário para acelerar e desacelerar, todos os drives DC foram dimensionados para lidar com o limite de corrente de 200 por cento por um minuto.

Dois drives ACS800 AC e motores classificados em 15HP foram conectados às duas extremidades do rolo do piloto para fornecer força vertical para o torque de aceleração e desaceleração. Do ponto de vista mecânico, o tamanho da carcaça do motor foi baseado na potência da aplicação e no estilo de ventilação, uma vez que os motores são montados dentro de uma estrutura móvel.

Novas células de carga para controle de tensão
As células de carga, que medem a tensão da folha na seção de desenrolamento da máquina, foram substituídas por transdutores Pressductor estilo PillowBlock da ABB. As unidades PFTL selecionadas foram baseadas nos requisitos do sistema e no fato de serem uma substituição física direta das células de carga antigas. A nova tecnologia de células de carga da ABB, que veio pré-calibrada para a aplicação, aprimora o controle de tensão e reduz o tempo e o custo de instalação.

Plataformas compatíveis; Modernizar e usar motores CC existentes
O pessoal do integrador sentiu que o DCS800 era uma combinação perfeita para a equipe de engenharia e TI da fábrica de papel, que já estava familiarizada com as funções de operação e comissionamento de drives DC. O ACS800 complementar da ABB, com aparência semelhante ao produto DC, facilitou a transição da fábrica para AC.

“Garantir que os drives DC fossem totalmente complementares - lado a lado, passo a passo - com o que íamos fazer com o produto AC, isso era realmente importante; ter esses dois na mesma plataforma ”, diz Tierno.

Ele explica que os novos drives DC permitem que os retrofitters forneçam tecnologia atualizada e regulamentação excelente por uma fração do custo de substituição de todo o sistema de energia. “Muitos de nossos clientes não procuram trocar os motores e passar por um grande processo de instalação. Se houver um método mais econômico, eles querem saber mais sobre ele. ”

Controle mestre via software operacional Winder
Em coordenação com os drives, o integrador de sistema instalou seu próprio software de operação da bobinadeira, chamado iWind, que é projetado para otimizar o perfil e a qualidade do rolo, enquanto oferece parada automática, receitas de produto, pontos de ajuste numéricos e gráficos, permissivos e diagnósticos completos. Uma interface elegante e fácil de usar, o iWind combina os vários equipamentos de controle diretamente com o hardware do drive, resultando em um sistema menos complexo que oferece maior desempenho. É mais fácil solucionar problemas e manter também.

Focado principalmente em tensão, aperto e torque (TNT), a SDS foi capaz de criar uma arquitetura que atendeu à necessidade do cliente de melhorar a qualidade do rolo. O recurso de parada automática resolveu o problema da usina de comprimento e diâmetro do produto. As páginas permissivas e de diagnóstico forneceram aos operadores ajuda rápida para manter a rebobinadeira funcionando e reduziram as chamadas de suporte para manutenção. O sistema de receita permitiu que as operações configurassem os pedidos rapidamente e mantivessem a consistência do produto.

Painéis elevados pré-construídos aceleram a instalação em cinco dias
O retrofit utilizou a construção existente - um projeto de painel aberto que exigia o mínimo de espaço e espaço na sala de controle. Em vez de usar gabinetes montados no chão, todos os módulos de energia, disjuntores e outros componentes foram dispostos em painéis elevados. Isso permitiu que o integrador pré-construísse um subpainel separado para cada unidade, dando tempo antes da demolição do equipamento antigo para testar as unidades individualmente e em grupo! Isso possibilitou que todas as comunicações entre os inversores e grande parte do software aplicativo e a funcionalidade do inversor fossem testadas exaustivamente antes da instalação e comissionamento.

A configuração e o comissionamento do programa de aplicação foram um processo tranquilo. A equipe de integradores de sistema levou aproximadamente quatro semanas para projetar os esquemas, criar o drive e o software do controlador e construir os painéis. Após um processo exaustivo de teste de duas semanas, a equipe foi capaz de instalar o novo equipamento dentro da contingência de cinco dias que a fábrica exigia. Os engenheiros permaneceram no local por alguns dias após o start-up para garantir uma transição perfeita para os operadores da planta.

A combinação vencedora permite o tempo de atividade ideal
Desde a instalação dos drives DCS800 e ACS800, em complemento com o software iWind, a fábrica foi capaz de realizar seus objetivos de aumento de produção, eficiência de velocidade máxima, melhor qualidade de rolo, manutenção reduzida e paradas mínimas. Na verdade, eles foram capazes de eliminar virtualmente os desligamentos que aconteciam anteriormente devido ao mau funcionamento de componentes.

“Estamos satisfeitos com os produtos e suporte da ABB e planejamos continuar usando os produtos da ABB para projetos futuros”, disse Parker. “E, no momento, temos oito projetos de fabricação de papel pela frente para os quais recomendamos a ABB, seja ACS800, DCR- ou DCS-800 para várias aplicações”.

Tierno acrescenta:“Nosso relacionamento com a ABB e as pessoas em New Berlin tem sido muito gratificante. Eles têm sido muito úteis com a entrega do produto e com o treinamento sobre os novos produtos, especialmente o DCS800. ”

Os produtos da ABB oferecem ao integrador de sistemas os recursos e a flexibilidade de que precisam para ajudar a satisfazer cada cliente de acordo com suas necessidades e orçamentos específicos.

A ABB e a SDS têm outro motivo para comemorar:a instalação da fábrica de papel marca a primeira vez que um DCS800 foi integrado a um pacote total de sistemas nos Estados Unidos. Com a escalabilidade quase ilimitada do DCS800, toda a equipe está ansiosa para fornecer drives e software aos clientes por muitos anos.

Esquema do retrofit do inversor DC e AC da cortadora-rebobinadeira na grande fábrica de papel do sudeste.

Painel mestre, que contém os inversores AC do rolo ACS800 Rider ABB e o controlador mestre.

Unwind Drive - o novo ABB DCS800 durante o teste do sistema.

Da esquerda para a direita:Rolo de papel, Tambor frontal, painéis do tambor traseiro com unidades DCS800 DC da ABB. A pré-construção dos painéis possibilitou a instalação de todo o retrofit da cortadora-rebobinadeira em cinco dias.

Para saber mais sobre este assunto, visite www.abb.us/drives ou entre em contato com Thomas Junger, gerente de linha de produtos, ABB Inc., em 262-785-3377 ou [email protected].