案例研究：ABB传动升级助力大型造纸厂分切复卷机性能跃升

根据联邦可持续发展网络，美国每年消耗约800万吨办公纸——足以筑起一条高20英尺、长6815英里的墙。为满足这一需求，造纸厂不懈追求效率与质量提升。在造纸众多设备中，分切复卷机不可或缺。

分切复卷机从主造纸线展开巨幅卷纸，切割成小段，复卷成便于分发的成品卷。作为最后生产步骤，该机任何故障均可瘫痪全厂。

由多电机与控制单元组成，分切复卷机是工厂最复杂设备之一。其核心是张力控制，决定纸卷质量。整个过程必须施加恒定力以确保完美纵向跟踪、精确切割、合理卷径密度分布。

除压辊控制外，卷纸质量取决于驱动性能。卷取机须作为协调系统运行，通过持续停机-全速-减速循环提供严格速度与扭矩控制。微小误差可导致断纸、边缘粗糙、伸缩、偏移、缠绕，造成停机、废卷、利润损失。

目标：持续高速生产

为提升生产力与效率，美国东南部一大型造纸厂决定重建分切复卷机并集成最新技术。升级旨在提高卷纸质量、将机速推至最高、消除昂贵停机。

该厂与SDS Inc.合作，后者是美国系统集成商，专注造纸与卷材处理控制设计。SDS评估现有系统，交付利用现有电机组件的高性价比方案：安装ABB最新ACS800交流驱动器与新款DCS800直流驱动器——同级最先进直流驱动——并配合SDS Intelli-Wind，一款流行的双鼓卷取HMI，提供TNT控制、配方、数字/图形设定点、许可、诊断。

SDS工程师多次到厂评估。他们识别出困扰现有分切复卷机的若干问题。

“必须理解每个利益相关者视角，”SDS高级销售工程师John Parker说。“维护团队担忧部件失效与驱动室精确温控防模拟漂移。生产想要更高正常运行时间、更好卷纸质量、现代化设备。我们与ABB的合作使这些目标达成。”

过时设备：低效且维护昂贵

ABB与SDS专家均指出，该厂运行25-30年历史的驱动系统——制造商中日益普遍的趋势。分切复卷机驱动系统维修日益昂贵，部件已停产无法替换。模拟设备因漂移需持续关注，老旧布线在铰链点开始断裂。固定晶闸管组件与熔断器的机械组件无法修复，功率模块面临结构完整性问题。

SDS高级应用工程师Craig Tierno解释，保留现有功率桥同时将模拟调节器替换为数字对应物不切实际。功率模块内SCR不再可靠，故SDS建议全套驱动与控制系统升级以提升可靠性与性能。

“若直流功率模块仍在寿命周期内，我们通常建议用新型数字高性能前端（DFE）改造以增强调节并保留现有SCR，”Tierno说。“本案不可行。”

新技术与驱动协同

寻找驱动方案时，SDS发现ABB正开发与其交流产品兼容的新直流驱动，共享相同软件工具与通信模块。这种兼容性使直流与交流组件无缝集成成为可能。

北美仍拥有跨宽马力与速度范围的大量直流电机装机基数。妥善维护下这些电机寿命长，客户通常不急于更换。找到像ABB这样持续创新这些电机控制技术的供应商，让SDS从一开始就拥有清晰优势。

改造安装了四台ABB DCS800驱动。第一台管理500马力展开电机，调节巨幅母卷张力。第二台控制50马力引入辊，输送纸至分切机。第三、四台驱动处理250马力前、后鼓，提供机速参考与复卷卷纸的剖面扭矩。所有直流驱动尺寸允许200%电流限制一分钟，因大卷纸与苛刻扭矩需求。

两台15马力ACS800交流驱动驱动骑手辊两端，提供加减速扭矩的垂直力。电机机座尺寸基于马力与通风风格选定，因电机安装在移动骑手辊框架内。

用于张力控制的新测力传感器

展开段旧测力传感器替换为ABB PillowBlock式Pressductor传感器（PFTL单元）。因其直接物理兼容性与预校准，增强张力控制同时削减安装时间成本。

兼容平台；复用现有直流电机

集成商发现DCS800完美契合厂方工程与IT团队，他们已熟悉直流驱动操作与调试。ABB互补ACS800外观手感相似，使向交流过渡平滑。

“确保直流驱动在同一平台上补充交流产品至关重要，”Tierno说。“这种协同使改造者能以远低于全功率系统更换成本提供尖端技术与卓越调节。”

通过卷取操作软件实现主控制

随驱动安装，SDS部署其iWind卷取操作软件，旨在优化卷纸剖面与质量。软件提供自动停机、产品配方、数字/图形设定点、许可、全诊断。直观界面将控制设备直接与驱动硬件融合，简化故障排查与维护。

聚焦张力、压辊、扭矩（TNT），SDS设计架构满足工厂对改进卷纸质量的需求。自动停机功能解决产品长度与直径问题，许可与诊断页给操作员快速协助，减少维护呼叫。配方系统让运营快速建单并保持产品一致性。

预制高架面板实现五天安装

改造利用现有结构——整洁开放面板设计，极少占用控制室空间。非落地柜，所有功率模块、断路器、组件布置于高架面板。此法允许SDS为每台驱动预制独立子面板，拆除旧设备前单独与集体测试驱动。通讯、应用软件、驱动功能彻底测试后再安装调试。

安装调试顺利。SDS工程师约四周完成原理图设计、驱动控制器软件创建、面板制造。经两周测试期，团队在工厂要求的五天应急窗口内安装新设备。工程师启动后现场驻留数日，确保操作员平稳过渡。

制胜组合实现最优正常运行时间

自安装DCS800与ACS800驱动并配合iWind软件，工厂达成目标：更高产量、顶速效率、优异卷纸质量、维护减少、最少停机。几乎消除了以往因部件故障导致的停机。

“我们对ABB产品与支持满意，计划未来项目继续用ABB，”Parker说。“目前我们有八个造纸项目在进行，推荐ABB ACS800、DCR-或DCS-800用于各类应用。”

Tierno补充：“我们与ABB及New Berlin团队关系极佳。他们提供卓越产品交付与新DCS800培训。”

ABB产品给SDS资源与灵活性，满足各客户特定需求与预算。

ABB与SDS还有一庆祝理由：此造纸厂安装标志着DCS800首次在美国作为完整系统包集成。凭借DCS800近乎无限扩展性，团队期待多年为客户提供驱动与软件。

东南大型造纸厂分切复卷机直流交流驱动改造原理图。

主面板，含ABB ACS800骑手辊交流驱动与主控制器。

展开驱动——系统测试中的新ABB DCS800。

从左至右：纸卷、前鼓、后鼓面板与ABB DCS800直流驱动。预制面板使分切复卷机整体改造五天内完成。

了解更多请访问 www.abb.us/drives 或联系ABB Inc.产品线经理Thomas Junger，电话262-785-3377或邮件 Thomas.junger@us.abb.com。