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6 Martin Fröhlich Daniel Burri Dr. Reinhold Güth Nouvelle solution pour les rotatives de presse WIFAG Tolérance de panne sur le réseau électrique Cet article décrit des solutions techniques de tolérance aux pannes sur le réseau électrique, proposées pour les rotatives de presse WIFAG, plus spécifiquement pour les pannes de courte durée. La première partie de cet article expose une nouvelle fonction des rotatives WIFAG permettant la décélération automatique en cas de panne d’électricité, afin d’éviter les casses de bande. Cette fonction de protection basique, peu onéreuse, est proposée par WIFAG à ses clients afin d’atténuer les effets négatifs des courtes pannes de réseau. Lorsque le courant est rétabli, la rotative peut immédiatement être redémarrée. Cette solution ne nécessite aucune installation complémentaire hors de la rotative. Elle n’induit aucun coût d’exploitation supplémentaire, en particulier au niveau de la consommation d’énergie. La seconde partie de l’article détaille des solutions techniques plus complètes destinées à palier aux pannes de réseau électrique. Celles-ci impliquent en contrepartie des investissements et des coûts d’exploitation plus élevés. L’installation d’un onduleur supplémentaire avec stockage de l’énergie cinétique (volant d’inertie) permet de faire face aux courtes pannes du réseau électrique, d’une durée par exemple de 3 secondes, sans préjudice pour la production. En cas de panne de réseau prolongée, l’arrêt de la rotative est contrôlé pour éviter toute casse de bande, avec dans certains cas, l’utilisation d’un générateur diesel. Des besoins variables selon les régions Les pannes d’alimentation électrique peuvent être provoquées par l’orage et les intempéries, ou tout simplement par une surcharge du réseau électrique. Fort heureusement, les pannes de réseau de longue durée avec effondrement total de l’alimentation électrique sur plusieurs minutes, voire même plusieurs heures, ont un caractère extrêmement rare dans la plupart des régions du monde. Les pannes de réseau de courte durée, avec interruption de tension, sous- ou surtension, pics de tension ou perturbations de fréquence, sont beaucoup plus courantes. Selon les statistiques des fournisseurs d’électricité, la plupart des incidents de réseau sont très brefs et durent le plus souvent moins de 3 secondes. Dans certaines régions d’Europe, d’Amérique et d’Asie, des pannes d’alimentation électrique peuvent survenir durant certaines saisons suite aux orages ou aux grosses intempéries. Dans ce contexte, toute une série de brèves interruptions du réseau peut se produire en l’espace de quelques heures. Pannes d’électricité et casse de bande En cas de panne de l’alimentation électrique, même brève, les entraînements à courant triphasé, à vitesse variable, ne sont généralement plus fonctionnels au bout de 40 à 60 millisecondes. Les moteurs électriques sont inopérants, dépourvus de toute force motrice ou de freinage. En l’absence de mesures adéquates, les cylindres à entraînement individuel des rotatives sans arbre mécanique se trouvent désynchronisés. Les masses d’inertie et les forces de freinage étant variables, l’arrêt des divers modules de la rotative se déroule différemment dans le temps (voir illustration 1). • Les cylindres de la plieuse et les rouleaux de traction de la superstructure de plieuse s’arrêtent par exemple beaucoup plus rapidement que les cylindres d’impression. • Les bobines de papier de gros diamètre ont une masse d’inertie nettement plus importante que les bobines de petit diamètre. 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 Exemples de déroulement dans le temps avec électromoteurs inactifs – sans bande de papier 5000 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Temps t [s] Cylindre de la plieuse Cylindre d’impression à la mise hors pression Illustration 1: Déroulement dans le temps de l’arrêt des divers modules d’une rotative de presse sans arbre mécanique. C’est pourquoi en l’absence de mesures de protection adaptées, les pannes de réseau occasionnent presque inévitablement des casses de bande. Il faut ensuite généralement plus de 20 minutes de travail avant que la bande de papier ne soit réengagée dans la machine. Nouvelle fonction: arrêt contrôlé en cas de panne d’électricité Sur ses nouvelles rotatives de presse, WIFAG propose une fonction permettant de contrôler l’arrêt de la machine en cas evolution 44 | octobre 2008
Groupes d‘impression Dérouleur Module de barres de retournement Bande de papier Apport énergétique en cas d‘arrêt contrôlé de la machine suite à une panne de courant: générateur consommateur Module de cônes de pliage Plieuse Illustration 2: Modules de la rotative et leurs apports énergétiques lors de l’arrêt contrôlé. Entraînements individuels à synchronisation électronique Les dérouleurs, groupes d’impression, rouleaux de traction et cylindres de la plieuse de la rotative WIFAG sont équipés d’entraînements à courant triphasé à synchronisation électronique. Les entraînements individuels sont généralement équipés d’un régulateur de position ou de vitesse. Selon sa taille, une rotative de presse peut contenir de 20 à plus de 100 entraînements principaux reliés entre eux par un réseau Ethernet avec protocole SERCOS- III. Ces entraînements sont à synchronisation électronique. Un entraînement à courant triphasé individuel se compose généralement d’un moteur électrique alimenté en tension et en courant triphasé de fréquence variable par un convertisseur de fréquence électronique. Le convertisseur de fréquence est commandé par un régulateur d’entraînement dédié. Voir illustration 3. Depuis de nombreuses années, WIFAG équipe ses rotatives sans arbre mécanique d’entraînements à courant triphasé synchronisés électroniquement du fabricant d’entraînements leader sur le marché AMK. TECHNOLOGIE de panne d’électricité. C’est une nouvelle fonction qui permet de surmonter les pannes du réseau électrique sans casse de la bande. La solution est basée sur l’utilisation de l’énergie cinétique produite par les cylindres et rouleaux en rotation dans la machine, dans le système d’entraînement de la machine. L’arrêt contrôlé suite à une panne d’électricité nécessite quelques équipements supplémentaires au niveau du système d’entraînement de la rotative et la mise en place de nouvelles fonctions logicielles dans la commande. Nous vous présentons ici cette solution technique plus en détails : Solution technique et arrêt contrôlé Dès que la commande de la machine détecte un incident au niveau du réseau électrique, celle-ci lance automatiquement une séquence d’arrêt contrôlé de la rotative: • Les cylindres des groupes d’impression sont instantanément mis hors pression (éloignés de la bande de papier). Les groupes d’impression peuvent ensuite être freinés individuellement, leurs entraînements fournissant alors de l’énergie électrique. • Les cylindres et rouleaux asservis restant en contact avec la bande de papier sont décélérés ensemble, simultanément, jusqu’à l’arrêt. La coordination du freinage est régulée de telle sorte qu’à chaque instant, le bilan de puissance général de tous les entraînements concernés soit le plus équilibré possible. En d’autres termes, l’objectif est qu’à chaque instant, vu sur l’ensemble des entraînements, la puissance électrique consommée soit équivalente à la puissance fournie. L’échange d’énergie entre les divers entraînements se fait par le couplage des circuits intermédiaires à courant continu des entraînements électriques via des circuits de liaison et des valves à semi-conducteurs. Voir illustrations 3 et 5. Couplage des circuits intermédiaires à courant continu Les circuits intermédiaires à courant continu des entraînements individuels sont reliés entre eux par des valves à semiconducteurs et une ligne collectrice, de sorte qu’en mode de fonctionnement normal, aucun courant continu ne circule entre les entraînements. Ceci permet de continuer à utiliser les entraînements triphasés à convertisseur de fréquence avec des circuits intermédiaires individuels à courant continu. En cas de panne d’électricité, les valves à semi-conducteurs basculent pour permettre au courant continu de circuler dans un sens donné via la ligne collectrice entre les divers circuits intermédiaires des entraînements. • Les entraînements des groupes d’impression ne peuvent que fournir du courant sur la ligne collectrice du courant continu. • Les entraînements des porte-bobines, des rouleaux de traction et des cylindres de la plieuse ne peuvent que recevoir du courant de la ligne collectrice du courant continu. 7
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