5 minAntriebstechnikVeröffentlicht am 29. November 2022

Perlen Papier: Multidrives von ABB für hohe Anlagen­ver­füg­barkeit

Flugaufnahme des Werks von Perlen Papier
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Die Papierherstellung hat in Perlen, einen kleinen Ort im Kanton Luzern, eine lange Tradition. Bereits seit 1873 stellt die heutige Perlen Papier AG dort Papier für Presseerzeugnisse her. Auf zwei Maschinen entstehen davon jährlich mehr als 560.000 Tonnen. Mit der Papiermaschine 4 (PM4) produziert das Familienunternehmen seit zwei Jahrzehnten hochwertige LWC-Offsetpapiere (holzhaltige, gestrichene Magazinpapiere). Diese werden dabei „online“ hergestellt, das heißt in einem einzigen Arbeitsgang als Rohpapier produziert, gestrichen und kalandriert. Die PM4 hat eine Produktionskapazität von 200.000 Tonnen Papier pro Jahr, bei einer Siebbreite von 6 Metern und einer beschnittenen Arbeitsbreite von 5,36 Metern. Die Konstruktionsgeschwindigkeit beträgt 1.600 Meter pro Minute. 2022 stand eine Erneuerung der Antriebstechnik an.

Mit der PM4 werden hochwertige LWC-Offsetpapiere produziert. (Foto: Perlen Papier)

Nach Rollenschneider folgt komplette Maschine 

Um auch zukünftig erfolgreich zu sein, entschied sich Perlen Papier die Antriebstechnik der PM4 komplett zu erneuern. Es folgte eine Ausschreibung, bei der die KRIKO Engineering GmbH das Rennen machte und sich gegen die Konkurrenz durchsetzen konnte. Für KRIKO Engineering sprach, dass der Systemintegrator aus Merzhausen, Baden-Württemberg, ein Spezialist für individuelle Automatisierungslösungen, unter anderem für die Papier- und Zellstoffbranche ist. Zudem hat der ABB-Partner für Multidrive-Module bereits in der Vergangenheit erfolgreich Perlen Papier unterstützt. 

Die PM4 wurde im Jahr 2000 gebaut. Ihre Antriebstechnik war nach 22 Jahren Betrieb veraltet und wurde vom Hersteller nicht weiterentwickelt. Hinzu kamen Engpässe bei den Ersatzteilen und es war ist immer weniger internes und externes Know-how für die Technik vorhanden. Die Ausfallrate in den letzten Jahren war hoch. Es gab keinen Monat ohne Unterbrechung aufgrund von Umrichterproblemen."

Leonard Krasniqi, Projektleiter von Perlen Papier

Die Modernisierung der PM4 erfolgt in drei Stufen. Begonnen wurde mit der Umrüstung des Rollenschneiders im Jahr 2020 durch KRIKO, dem die Papiermaschine zwei Jahre später folgte. Anfang 2023 soll das Projekt mit einem Upgrade der Prozessvisualisierung abgeschlossen werden.

Projektleiter Leonard Krasniqi (links) von Perlen Papier mit Projektteam Elektro. (Foto: ABB)

Die Antriebstechnik der PM4 wird, wie beim Rollenschneider, mit ACS880 Multidrives von ABB realisiert. Frequenzumrichter von ABB sind in dem Werk umfassend vertreten, sie regeln Pumpen, Antriebe und Mehrmotorenantriebe. Eingesetzt werden Industrial Drives und Multidrives der Familien ACS800 und ACS880. Einige noch vorhandene ältere Umrichtermodule der Serie ACS604 sollen Anfang 2023 durch moderne ABB-Frequenzumrichter ersetzt werden. 

Moderner Umrichter mit einfacher Wartung

Wesentlich für die Entscheidung von Perlen Papier für ABB und die ACS880 Multidrives war, dass sich der Frequenzumrichter am Anfang seines Lebenszyklus befindet. Für die Wartung können seine R8i-Module einfach und schnell gewechselt werden. Positiv sind auch der einfache, strukturierte Systemaufbau aus einem Panel und einer Regelungseinheit zu einem Leistungsmodul sowie die gute Bedienerführung im Panel."

Karl-Anton Kleiser, Technischer Geschäftsführer bei KRIKO

Das technische Set-Up 

KRIKO hat für diesen Auftrag vier Multidrive-Frequenzumrichter-Systeme ACS880 (690 Volt) mit insgesamt 64 Wechselrichtermodulen (18 Ampere bis 900 Ampere) integriert, die in Rittal-Großschranksysteme Typ VX25 eingebaut wurden. Die Einspeiseleistung der vier Einheiten beträgt zusammen 10,47 Megawatt.  

Die ACS880-Multidrive-Module in der Baugröße R8i werden nur als 410-Ampere-Variante eingesetzt. Durch Parallelschaltung kann mit diesen Frequenzumrichtern eine höhere Leistung realisiert werden, was sich KRIKO bei dem Projekt zunutze machte. Weil zudem die Geräte als Antriebs- und als Einspeiseeinheiten verwendet werden können, ist auch die Ersatzteilhaltung einfach, da für die komplette Papiermaschine nur wenige Teile vorgehalten werden müssen. 

Hohe Anlagenverfügbarkeit durch ausfahrbare Modultechnik und Memory Unit

Die Einspeise- und Wechselrichtermodule der Baugröße R8i sind mit Rollen ausgestattet, wodurch sie sich einfach ein- und ausbauen lassen. In den Schaltschrank geschoben, rasten sie automatisch in die Buchsen des Kontaktapparates ein und verbinden so die Motorkabel. Das erleichtert die Anschlussarbeiten wesentlich. Für Wartungsarbeiten und einen schnellen Zugang zu den Anschlüssen können die Module aus dem Schrank herausgezogen werden. Weil sie als Antriebs- und als Einspeiseeinheiten verwendet werden können, ist die Ersatzteilhaltung einfach, da für die komplette Papiermaschine nur wenige Teile vorgehalten werden müssen. 

Für eine hohe Anlagenverfügbarkeit sorgt auch die steckbare Memory Unit der Geräte, die die gesamte Firmware einschließlich aller Benutzereinstellungen und Motordaten des jeweiligen Gerätes beinhaltet. Bei einem Austausch des Leistungsmoduls oder der Steuereinheit kann der neue Frequenzumrichter ohne spezielle technische Kenntnis durch Umstecken der Memory Unit einfach wieder in Betrieb genommen werden. Ein automatisches Handshake-Protokoll stellt sicher, dass sie sofort von der Regelungseinheit erkannt wird. Eine erneute Parametereinstellung oder Feinjustierung der Antriebe bei einem Gerätetausch entfällt, da die vollständigen Einstellungen in dem Speichermodul abgelegt sind.

Die Multidrive-Module sind äußerst kompakt. Die gesamte Schaltschrankbreite für vier Einspeiseeinheiten und 64 Wechselrichtermodule beträgt 42 Meter. (Foto: ABB)

Hohe Kompaktheit und Präzision 

Die Multidrive-Module von ABB sind äußerst kompakt. Die gesamte Schaltschrankbreite für die vier Einspeiseeinheiten und die 64 Wechselrichtermodule beträgt zusammen 42 Meter, bei einer Tiefe von 600 Millimetern. Für die Verkabelung konnten die vorhandenen Kabelein- und -ausgänge im Boden genutzt werden, ohne ins Bauwerk eingreifen zu müssen. Die neuen Schaltschränke konnten so aufgebaut werden, dass die Anschlüsse in den Schränken genau zu den vorhandenen Kabelausgängen passten. Es mussten lediglich zwei bestehende Kabel verlängert werden. Karl-Anton Kleiser betont: „Ein Vorteil ist auch, dass man die Schränke ohne eingebaute R8i-Module ausliefern konnte. Das hat die Montage erleichtert.“ 

Die DTC-Technologie (direkte Drehmomentregelung) verleiht den Frequenzumrichtern eine hohe Regelgenauigkeit und sehr gute dynamische Eigenschaften. Bei Mehrmotorenanwendungen wie der einer Papiermaschine ermöglichen die einzelnen Wechselrichtermodule mithilfe des DTC-Verfahrens eine schnelle Übertragung der Drehmoment- und Drehzahlsignale zur Regelung des Papierzugs.  

Der Austausch der alten gegen die neuen Schaltschränke wurde Ende Januar 2022 durchgeführt. In der Folgewoche hat KRIKO die neue Antriebstechnik in Betrieb genommen. Bereits Anfang Februar 2022 ging die PM4 wieder in Produktion. Leonard Krasniqi ist mit dem Projektverlauf zufrieden: „Wir hatten ein sehr gutes Projektteam und die Zusammenarbeit war ebenfalls sehr gut. Das ist umso bemerkenswerter, als es kein reiner Ersatz war, sondern eine komplett neue Technik installiert wurde. Des Weiteren sind wir von Profibus auf Profinet umgestiegen. Die Papiermaschine konnten wir fast per Knopfdruck starten.“  

Erweiterung des Bereitschaftsdienst-Vertrags 

Zur Maximierung der Anlagenverfügbarkeit setzt Perlen Papier auf die lokale Unterstützung von ABB Schweiz. Der Bereitschaftsdienst-Vertrag mit ABB garantiert einen schnellen Support rund um die Uhr auf höchster Reaktionszeit-Stufe (vier Stunden). Dieser Vertrag wird jetzt um die neue Frequenzumrichtertechnik der PM4 erweitert. ABB hat außerdem alle Frequenzumrichter des Papierherstellers inklusive Firmware und Parameter in einer Cloud-Lösung aufgenommen, um die Geräte durchgehend zu überwachen und bei der Wartung zu helfen.

ACS880 Multidrive

Die modulare Konfiguration der ACS880 Multidrive-Frequenzumrichter ermöglicht die Regelung von Applikationen mit mehreren Motoren. Das Multidrive-System besteht aus Multidrive-Modulen, die an eine gemeinsame DC-Sammelschiene angeschlossen werden, über die die DC-Spannungsversorgung der Wechselrichtermodule erfolgt. Die einzelnen Module wandeln die Gleichspannung zur Stromversorgung der Motoren in eine geregelte Wechselspannung um. Eine eingangsseitig eingebaute Einspeiseeinheit liefert die Gleichspannung. Das auf einer gemeinsamen DC-Sammelschiene basierende Prinzip des ACS880 Multidrive ermöglicht einen einzigen Einspeisepunkt und aufgrund des Gleichzeitigkeitsfaktors eine kleinere Einspeiseleistung als bei separaten Einspeisungen sowie das gemeinsame Bremsen mehrerer Antriebe.