Модернизация целлюлозно-бумажной фабрики: новейшие приводы

Использование современных технологий позволило сохранить мощные двигатели постоянного тока во время модернизации оборудования

По исследованиям Федеральной сети развития (совокупности федеральных агентств западной части США, взаимодействующих на добровольной основе и сосредоточенных на поддержке стабильного развития правительства с помощью отдельных программ и общих проектов) в США используется около 4 миллионов тонн офисной бумаги ежегодно, этого достаточно, чтобы построить стену высотой 3 метра и длиной 11 километров. Чтобы удовлетворить такие запросы в целлюлозно-бумажной промышленности постоянно изучаются возможности для повышения качества и эффективности производства. Одна из наиболее продуктивных стратегий – выделить отдельные элементы производства и модернизировать их на основании последних достижений.

На критическом пути

Одним из таких элементов стали бобильно-режущие машины на бумажной фабрике на юго-востоке США. Для повышения производительности и эффективности было принято решение модернизировать эти машины, используя новейшие технологические достижения. Необходимо было увеличить качество скатки, увеличить скорость работы и избавиться от дорогостоящих простоев.

Бобильно-режущая машина разворачивает огромные, только что сделанные рулоны, разрезает их на отдельные части и снова скатывает в более удобные рулоны. Машина расположена на одной из последних стадий производства, поэтому любая задержка останавливает весь цикл.

Это один из самых дорогостоящих компонентов фабрики, состоящий из множества моторов и элементов управления. Качество скатки определяется натяжением бумаги. Для равномерной плотности рулонов, точного позиционирования и разреза листа необходим аккуратный расчет и корректная работа исполнительных элементов.

Также качество рулона связано с состоянием двигателя. Бобина должна вращаться под постоянным контролем с заданной скоростью и вращающим моментом в течении всего цикла: из покоя до полной скорости и снова до остановки. Даже при малейших неточностях лист рвется, мнутся края, рулон скатывается неровно или смещается. Из-за этого производство останавливается, возникает брак, в результате падает прибыль.

Схема модернизации двигателей на бумажной фабрике на юго-западе США. Фото предоставлено АВВ.

Схема модернизации двигателей на бумажной фабрике на юго-западе США. Фото предоставлено АВВ.

Необходима помощь

Стоимость поддержания работы 25-30 летних двигателей становилась все выше и выше. Заменить некоторые устаревшие компоненты стало невозможно. За аналоговым оборудованием приходилось постоянно следить, устраняя отклонения, в старых проводах и изоляции появились трещины на изгибах. Механические конструкции, поддерживающие матрицы тиристоров и предохранителей уже не поддавались ремонту. Более того, появились трещины в модулях питания.

Руководство фабрики обратилось в компанию "Юговосточные двигатели" (Southeast Drive Systems, Inc. – SDS), системному интегратору, который специализируется на внедрении систем управления для бумажных и других рулонных фабриках. Для изучения ситуации инженеры SDS посетили фабрику весной 2005 года.

„Необходимо было изучить все, связанное с этим бобинным механизмом” – говорит Джон Паркер (John Parker), главный инженер SDS. „У обслуживающего персонала были претензии к отказывающим компонентам и необходимости поддержания в помещении двигателей постоянной температуры, чтобы избежать изменения параметров аналогового оборудования. Отделу производства требовалось новейшее оборудование с большим периодом работы, лучшим качеством скатки и большей рентабельностью.

Крейг Тиерно (Craig Tierno), главный инженер-проектировщик SDS объяснил, что при существующем количестве проблем просто заменить аналоговые регуляторы цифровыми и оставить старую цепь питания было бы непрактично. Кремниевые управляемые выпрямители (КУВ) блоков питания стали ненадежны, поэтому для повышения надежности и производительности интегратор рекомендовал также модернизировать систему двигателей и управления.

„Обычно, если срок службы блоков питания еще не истек, мы рекомендуем заменить их интерфейсные модули на высокопроизводительные цифровые аналоги, чтобы увеличить качество управления при запуске КУВ” – отмечает Тиерно, „но не в этом случае”.

Специалисты SDS предложили оставить те двигатели и компоненты, которые возможно, но полностью заменить их приводы. Новые приводы работают под управлением Intelli-Wind – пользовательского интерфейса для двухбарабанных бобин от SDS. Он позволяет контролировать натяжение, придавливание и вращающий момент, также содержит набор команд, средства диагностики и установки цифровых и графических контрольных точек.

У новых приводов для моторов постоянного и переменного тока нашлось много совпадающих компонентов программного управления и модулей связи. Это позволило объединить работу с ними в рамках одного проекта и сохранить сами моторы постоянного тока, модернизировав только их приводы.

SDS установила четыре привода ABB DCS800. Первый из них управляет разматывающим мотором мощностью 500 л.с. и регулирует натяжение огромного первичного рулона. Второй привод нужен для мотора мощностью 50 л.с., подающего бумагу в область резки. Третий и четвертый приводы управляют скоростью и вращающим моментом переднего и заднего барабанов (250 л.с. каждый), скатывающим готовые рулоны.

Из-за большого размера рулонов и величины вращающего момента, который требовался при торможении и разгоне, мощность приводов была увеличена, чтобы они выдерживали ток мощностью в 2 раза больше нормы в течение 1 минуты.

Два привода для моторов переменного тока ACS800 мощностью 15 л.с. контролировали моторы сжатия валов, разгонявших и замедлявших движение за счет трения.

Датчики нагрузки, которые измеряли натяжение в области размотки, специалисты SDS заменили опорными преобразователями на основе технологии АВВ Pressductor.

По мнению инженеров SDS, DCS800 оказал услугу инженерам и IT специалистам фабрики, которые уже были знакомы с функциями работы и ввода в эксплуатацию приводов постоянного тока. Новый АCS800 выглядит аналогично приводу для постоянного тока, поэтому перейти на работу с моторами переменного тока в относительно маломощной части системы оказалось несложно. При этом мощные моторы постоянного тока оставались в работе.

Сконцентрировавшись над контролем за натяжением, сжатием и вращающим моментом, специалисты SDS смогли создать архитектуру, которая повысила качество рулонов, как требовал заказчик.

Функция автоматической остановки решила проблему с длиной и диаметром рулона. На закладках с дополнительной и диагностической информацией интерфейса управления приведены советы по быстрому разрешению проблем с работой оборудования. Благодаря им значительно снизилось число обращений в службу технической поддержки. Простой язык управления позволил операторам быстро вводить нужные команды и поддерживать качество продукции.

Быстрая установка

При модернизации широко использовались существующие элементы, включая панели управления. При таком подходе были изменения в комнатах управления были минимальными. Вместо напольных контейнеров все блоки питания и автоматические выключатели были расположены на временных платформах. Таким образом, инженеры смогли заранее собрать каждую подсистему, проверить каждый привод и их взаимодействие до демонтажа старого оборудования. Также перед сборкой и установкой протестировали взаимодействие между приводами и большую часть программного обеспечения.

Благодаря такому подходу установка программного обеспечения и ввод в эксплуатацию прошел очень гладко. Инженерам потребовалось около 4 недель, чтобы разработать схему, сделать приводы и управляющее обеспечение и собрать панели. После 2-х недель тестирования команде интеграторов потребовалось 5 дней, чтобы установить новое оборудование, они уложились в срок, установленный руководством фабрики. Специалисты SDS оставались на фабрике до полного перехода персонала на новое оборудование.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.