사례 연구:제지 공장 슬리터 리와인더의 드라이브 및 개조

Federal Network for Sustainability에 따르면 미국은 연간 약 8백만 톤의 사무용지를 사용합니다. 이는 높이 20피트, 길이 6,815마일의 벽을 쌓기에 충분합니다. 수요를 따라잡기 위해 제지 공장은 효율성과 품질을 개선할 방법을 끊임없이 찾고 있습니다. 제지와 관련된 다양한 기계와 공정이 있지만 제지 공장의 중요한 부분은 슬리터 리와인더입니다.

슬리터 리와인더 기계는 주요 제지 기계에서 새로 만든 거대한 롤을 풀고 더 작은 섹션으로 자르고 배포를 위해 관리하기 쉬운 롤로 되감는 역할을 합니다. 제지 공장의 최종 생산 지점 중 하나인 슬리터 리와인더에 문제가 있으면 전체 공장의 생산이 중단될 수 있습니다.

여러 개의 모터와 컨트롤로 구성된 슬리터 리와인더는 공장에서 가장 진보된 장비 중 하나입니다. 이 기계 공정의 핵심은 용지 롤의 품질을 결정하는 장력입니다. 완벽한 웹 트래킹, 정확한 슬리팅 및 적절한 롤 밀도 프로파일을 보장하려면 공정 전반에 걸쳐 정확하고 일관된 힘을 가해야 합니다.

닙 제어를 제외하고 롤의 품질은 주로 드라이브의 성능에 의해 좌우됩니다. 와인더는 조정 시스템으로 실행되어야 하며 정지에서 최대 속도 및 백다운에서 제로 속도까지 연속적인 사이클을 통해 속도와 토크를 엄격하게 제어해야 합니다. 성능의 작은 부정확성도 시트 파손, 거친 모서리, 텔레스코핑, 오프셋 및 타이업과 같은 문제를 야기하여 가동 중지 시간, 거부된 롤 및 궁극적으로 이익 손실을 초래할 수 있습니다.

목표:지속적인 고속 생산
생산성과 효율성을 높이기 위해 미국 남동부의 한 선도적인 제지 공장 시설은 슬리터 리와인더를 재건하고 최신 기술을 통합하기로 결정했습니다. 업그레이드의 목표는 롤 품질을 개선하고 기계 속도를 가능한 최고 수준으로 높이고 비용이 많이 드는 종료를 방지하는 것이었습니다.

이 공장은 제지 및 웹 처리 산업을 위한 제어 설계를 전문으로 하는 미국 기반 시스템 통합업체인 SDS Inc에 눈을 돌렸습니다. SDS는 기존 시스템을 분석하고 ABB의 최첨단 ACS800 AC 드라이브와 새로운 DCS800 DC 드라이브를 통합한 기존 모터와 부품을 활용한 비용 효율적인 솔루션을 제공했습니다. 드라이브 하드웨어는 TNT 제어, 레시피, 수치 및 그래픽 설정 포인트, 허용 및 진단을 제공하는 인기 있는 2-드럼 와인더 HMI인 SDS의 Intelli-Wind로 완성되었습니다.

시스템 통합업체 직원은 상황을 조사하기 위해 시설을 여러 번 방문했습니다. 그들은 기존 슬리터 리와인더에 다양한 문제가 있다는 것을 알게 되었습니다.

SDS의 수석 영업 엔지니어인 John Parker는 "리와인더의 영향을 받는 모든 사람의 관점을 파악하는 것이 중요합니다."라고 말합니다. “유지보수 직원은 아날로그 구성요소가 표류하는 것을 방지하기 위해 정밀한 온도 제어가 필요한 구성요소 고장과 운전실에 대한 우려를 가지고 있었습니다. 생산 부서는 가동 시간을 늘리고 롤 품질을 개선하며 고객에게 비용 효율적인 제품을 제공하기를 원했으며 기술적으로 진보된 장비를 사용하기를 원했습니다. ABB와의 파트너십을 통해 이러한 이점을 해결하고 달성할 수 있었습니다.”

오래된 장비:비효율적이고 유지 관리 비용이 많이 듭니다
ABB와 시스템 통합업체 전문가 모두에 따르면 이 제지 공장은 25~30년 된 드라이브 시스템을 계속 사용하고 있는 점점 더 많은 제조업체 중 하나입니다. 슬리터 리와인더의 구동 시스템은 수리 및 유지 보수 비용이 점점 더 많이 들어갔습니다. 많은 구성 요소가 사용되지 않아 교체할 수 없었습니다. 일부 아날로그 장비는 드리프트로 인해 지속적인 주의가 필요했고 오래된 배선은 힌지 지점에서 파손 및 절연 파손의 징후가 보이기 시작했습니다. 사이리스터 어셈블리와 퓨즈를 제자리에 고정하는 기계적 어셈블리는 수리할 수 없었습니다. 그리고 무엇보다도 전원 모듈의 구조적 무결성에 문제가 있었습니다.

SDS의 선임 애플리케이션 엔지니어인 Craig Tierno는 이러한 여러 문제로 인해 기존 전력 브리지를 유지하면서 아날로그 조정기를 디지털 조정기로 교체하는 개조가 실용적이지 않다고 설명합니다. 전원 모듈 내부의 SCR은 신뢰할 수 없습니다. 따라서 통합자는 안정성과 성능을 개선하기 위해 전체 드라이브 및 제어 시스템 업그레이드를 권장했습니다.

"종종 회사의 DC 전원 모듈이 아직 수명 주기 내에 있는 경우 기존 SCR을 실행하면서 규제 성능을 향상시키기 위해 새로운 디지털 고성능 프런트 엔드(DFE)로 개조하는 것이 좋습니다."라고 Tierno는 말합니다. 이 경우에는 그렇게 할 수 없었습니다.”

드라이브와 협력하여 가치 있는 시너지 효과를 제공하는 신기술
드라이브 솔루션을 찾는 과정에서 통합자는 ABB에서 답을 찾았습니다.

“우리의 가장 큰 우려는 드라이브 공급업체가 DC에 대해 새로운 것을 하지 않는다는 것이었습니다. 대부분의 공급업체는 거의 10~20년 된 제품을 사용하고 있었습니다.”라고 Tierno는 말합니다.

그는 ABB가 AC 제품과 동일한 소프트웨어 도구 및 통신 모듈로 설계된 새로운 DC 드라이브를 개발하고 있다는 사실을 알게 되었습니다. 이를 통해 프로젝트에서 DC 및 AC 제품을 모두 사용하고 통합할 수 있었습니다.

다양한 마력과 속도 범위를 가진 북미 전역에는 여전히 대규모 DC 모터 설치 기반이 있습니다.

Tierno는 "이러한 모터는 적절한 유지 관리와 간헐적인 수리로 수명이 길기 때문에 고객이 반드시 교체를 염려하지 않아도 됩니다."라고 말합니다. "이 모터를 제어하기 위한 새로운 기술을 지속적으로 발명하고 도입하는 ABB와 같은 공급업체를 찾은 것은 처음부터 우리에게 이점을 제공했습니다."

이 시스템에는 4개의 ABB DCS800 드라이브가 설치되었습니다. 첫 번째 드라이브는 점보 초기 롤에 장력 조절을 제공하는 500마력 풀기 모터를 제어합니다. 두 번째 DCS800 드라이브는 용지를 슬리터 섹션으로 운반하는 데 사용되는 50마력 인입 용지 롤에 설치되었습니다. 세 번째와 네 번째 드라이브는 250HP 전면 및 후면 드럼에 설치되었습니다. 이 드럼은 되감기 롤에 기계 속도 기준 및 프로파일링 토크를 제공하는 역할을 하는 구성 요소입니다.

롤의 크기와 가속 및 감속에 필요한 높은 토크로 인해 모든 DC 드라이브는 1분 동안 200% 전류 제한을 처리하도록 크기가 조정되었습니다.

2개의 ACS800 AC 드라이브와 15HP 정격의 모터는 가속 및 감속 토크를 위한 수직력을 제공하기 위해 라이더 롤의 양쪽 끝에 연결되었습니다. 기계적 관점에서 모터는 움직이는 라이더-롤 프레임 안에 장착되기 때문에 모터 프레임 크기는 적용 마력과 환기 스타일을 기반으로 했습니다.

장력 조절을 위한 새로운 로드셀
기계의 풀림 부분에서 웹 장력을 측정하는 로드 셀은 ABB PillowBlock 스타일 Pressductor 변환기로 교체되었습니다. PFTL 장치는 시스템 요구 사항과 기존 로드 셀에 대한 직접적인 물리적 교체라는 사실을 기반으로 선택되었습니다. 응용 분야에 맞게 사전 보정된 ABB의 새로운 기술 로드 셀은 장력 제어를 향상시키고 설치 시간과 비용을 줄입니다.

호환 플랫폼 기존 DC 모터 개조 및 사용
통합업체 직원은 DCS800이 DC 드라이브의 작동 및 시운전 기능에 이미 익숙한 제지 공장의 엔지니어링 및 IT 직원에게 완벽하게 적합하다고 생각했습니다. ABB의 보완적인 ACS800은 모양과 느낌이 DC 제품과 유사하여 공장이 AC로 쉽게 전환할 수 있도록 했습니다.

“DC 드라이브가 우리가 AC 제품으로 할 일과 단계적으로 손을 잡고 완전히 상호 보완적인지 확인하는 것이 정말 중요했습니다. 동일한 플랫폼에 이 두 가지가 있습니다.”라고 Tierno는 말합니다.

그는 새로운 DC 드라이브를 통해 개장자가 전체 전원 시스템을 교체하는 비용의 일부만으로 최신 기술과 뛰어난 규정을 제공할 수 있다고 설명합니다. “많은 고객이 모터를 교체하고 거대한 설치 프로세스를 거치는 것을 원하지 않습니다. 더 비용 효율적인 방법이 있다면 그들은 그것에 대해 듣고 싶어합니다.”

와인더 운영 소프트웨어를 통한 마스터 컨트롤
드라이브와 협력하여 시스템 통합자는 자동 정지, 제품 레시피, 수치 및 그래픽 설정값, 허용 및 전체 진단을 제공하면서 롤 프로파일과 품질을 최적화하도록 설계된 iWind라는 자체 와인더 작동 소프트웨어를 설치했습니다. 우아하고 사용하기 쉬운 인터페이스인 iWind는 다양한 제어 장비를 드라이브 하드웨어와 직접 결합하여 향상된 성능을 제공하는 덜 복잡한 시스템을 만듭니다. 문제 해결 및 유지 관리도 더 쉽습니다.

주로 TNT(장력, 닙 및 토크)에 중점을 둔 SDS는 향상된 롤 품질에 대한 고객의 요구를 충족하는 아키텍처를 만들 수 있었습니다. 자동 정지 기능은 밀의 제품 길이와 직경 문제를 해결했습니다. 허용 및 진단 페이지는 작업자가 와인더를 계속 작동하도록 신속하게 지원하고 유지보수에 대한 지원 요청을 줄였습니다. 레시피 시스템을 통해 작업은 신속하게 주문을 설정하고 제품 일관성을 유지할 수 있었습니다.

사전 제작된 승강 패널을 통한 5일 설치 속도
개조는 기존 구조를 활용했습니다. 즉, 최소한의 공간과 제어실 공간이 필요한 개방형 패널 디자인입니다. 바닥에 장착된 캐비닛을 사용하는 대신 모든 전원 모듈, 회로 차단기 및 기타 구성 요소를 높은 패널에 배치했습니다. 이를 통해 통합자는 각 드라이브에 대해 별도의 하위 패널을 사전 구축할 수 있으므로 기존 장비를 철거하기 전에 드라이브를 개별적으로 또는 그룹으로 테스트할 수 있습니다! 이를 통해 설치 및 시운전 전에 드라이브와 많은 애플리케이션 소프트웨어 및 드라이브 기능 간의 모든 통신을 철저히 테스트할 수 있었습니다.

응용 프로그램의 설정과 시운전은 순조로운 과정이었습니다. 시스템 통합자 팀은 회로도를 엔지니어링하고 드라이브 및 컨트롤러 소프트웨어를 만들고 패널을 만드는 데 약 4주가 걸렸습니다. 2주간의 철저한 테스트 과정을 거친 후, 팀은 공장이 요구하는 5일의 비상 사태 내에 새 장비를 설치할 수 있었습니다. 엔지니어는 공장 운영자의 원활한 전환을 보장하기 위해 가동을 시작한 후 며칠 동안 현장에 남아 있었습니다.

최적의 가동 시간을 가능하게 하는 성공적인 조합
DCS800 및 ACS800 드라이브를 설치한 이후 iWind 소프트웨어를 보완하여 이 공장은 생산량 증대, 최고 속도 효율성, 롤 품질 향상, 유지보수 감소, 가동 중단 최소화라는 목표를 실현할 수 있었습니다. 실제로 이전에 구성 요소 오작동으로 인해 발생했던 종료를 사실상 제거할 수 있었습니다.

Parker는 “우리는 ABB 제품과 지원에 만족하며 향후 프로젝트에 ABB 제품을 계속 사용할 계획입니다. "그리고 현재 우리 앞에는 8개의 제지 제조 프로젝트가 있으며 다양한 응용 분야에 ABB(ACS800, DCR- 또는 DCS-800)를 추천하고 있습니다."

Tierno는 다음과 같이 덧붙입니다. “ABB 및 New Berlin의 사람들과의 관계는 매우 보람 있었습니다. 그들은 제품 납품과 신제품, 특히 DCS800에 대한 교육에 가장 도움이 되었습니다.”

ABB 제품은 시스템 통합자에게 특정 요구 사항과 예산에 따라 각 고객을 만족시키는 데 필요한 리소스와 유연성을 제공합니다.

ABB와 SDS는 축하해야 할 또 다른 이유가 있습니다. 제지 공장 설치는 DCS800이 미국에서 처음으로 전체 시스템 패키지에 통합된 것입니다. 거의 무제한에 가까운 DCS800의 확장성을 통해 전체 팀은 앞으로 몇 년 동안 고객에게 드라이브와 소프트웨어를 제공할 수 있기를 기대하고 있습니다.

남동부 대형 제지 공장 시설에서 슬리터 리와인더의 DC 및 AC 드라이브 개보수 개략도.

ABB ACS800 Rider Roll AC 드라이브와 마스터 컨트롤러가 포함된 마스터 패널.

Unwind Drive – 시스템 테스트 중 새로운 ABB DCS800.

왼쪽에서 오른쪽으로:ABB DCS800 DC 드라이브가 있는 용지 롤, 전면 드럼, 후면 드럼 패널. 패널을 미리 제작하여 슬리터 리와인더의 전체 개조를 5일 이내에 설치할 수 있었습니다.

이 주제에 대해 자세히 알아보려면 www.abb.us/drives를 방문하거나 ABB Inc.의 제품 라인 관리자인 Thomas Junger에게 262-785-3377 또는 [email protected]으로 문의하십시오.