工业工程与设计公司Resodyn Acoustic Mixers开发了一种机械共振混合技术。这项名为共振声混合(RAM)的技术使用60赫兹的低频高强度声波将混合物液化,产生一种叫做物料内声流与微混的现象。RAM能够精确地实现多种类型材料的混合,而这些混合使用传统方法一般难以实现。同时,RAM还没有使用叶轮或者叶片时候与纯化和安全相关的缺点。RAM技术的速度也要比传统混合更快,能够将让传统混合器失效的材料混合。
RAM过程需要对于机器的电机和驱动进行额外的控制,并借助偏置离心介质转子对的旋转产生声波。通过改变离心转子对之间的位差相角,控制混合容器震动振幅。由此产生的震动导致物料在容器中混合,进而液化,实现更加充分的混合。电机在彼此的相之间移进移出,会产生高达100个g的加速度,导致几乎无限数量的混合运动。
Resodyn的创新型共振声混合(RAM)技术,相对传统方法,将不同物料更加迅速、更加精确地混合在一起。同时还避免了因为使用叶轮和叶片产生的纯化和安全相关的问题。
Resodyn公司最近对其RAM 5声波混合平台进行了升级,之前的容积只有5加仑,而在升级之后则达到55加仑。
“我们拥有一个伟大的概念,下一步我们希望能够控制机器的生产时间、成本和复杂度,同时尽可能为客户节约混合时候的能耗。”Resodyn高级工程师Brian Seaholm说道。目标就是提升机器的性能,而不是体积或者复杂性。
Resodyn公司最希望的就是通过限制机器零件数量来减少通讯电缆,提升机器控制能力,从而让机器运转得更好。但是这意味着升级并简化程序和通讯协议。因为操作独特的Resodyn“黑匣子”电脑,在电脑与RAM 5驱动和电机之间需要多种通讯协议。
为了迎接这个挑战,Resodyn公司找到了为第一代RAM 5提供电气驱动技术的及其控制供应商。正如Seaholm所说,由于速度和角度不停变化,RAM的电机需要精确的同步性。
“这对于保持共振这一RAM技术的重要使能环节十分重要。RAM技术需要对不同振动频率进行精确的控制,因为不加控制的声波会对机器造成严重的伤害。”Resodyn公司还与Northwest Motion公司建立了合作,该公司具有处理多种通讯协议的机器编程背景。这家公司之前还曾经帮助另外一家使用类似共振技术用于混凝土搅拌的客户解决问题。
新的驱动和控制
升级RAM 5的第一步,就是选择数字智能伺服驱动,它可以将模块化电源组与驱动系统集成,提供充电能力,将机器伺服电机上的动能转化为直流电。通过这种方法,额外的功率就是变成新的能量,而不是让电机发热,电源组将能量消耗变成了能量产生。驱动平台有一款紧凑型方案,而Resodyn知道这正是自家多轴系统中电机的理想选择。这款驱动支持多个通讯协议,可实现黑匣子与PC之间的通讯。
伺服驱动与四台最大转速达每分钟11000转的液冷高速旋转电机搭配使用。它们能够同步两对转子之间的偏心量,从而向系统施力。“这种组合为Resodyn提供了强大的性能,体积又相对较小。” Northwest Motion公司区域运动控制专家Patrick O'Connell说道。
下一步就是要保证通讯语言和协议之间的顺畅“交流”,从而对混合进行控制。驱动当中嵌入了PLC,具有简化的作用,减少了加工的时间和成本。PLC的设计面向开放式自动化和通讯设计的灵活性,是需要多种协议的机器的理想选择。
“有了PLC的支持,新的元件可以与我们原先的电脑控制实现同步,”Seaholm说:“所以,让一切协调起来的最大因素,是项目参与者的编程技术和经验。”
协同作业
项目团队选择了SERCOS III作为总线,保证驱动同步以精确定位。Resodyn“黑匣子”、RAM的计算机以及主驱动之间的控制,则仰仗OPC服务器和RS232,对共振条件下的变化进行感应和反馈。编码器模拟可以让驱动能够报告回“黑匣子”。机器控制和I/O则依靠模拟信号和数字信号,用模拟信号连接“黑匣子”和驱动。Seaholm说,这样做帮助物料混合在需要的规格下进行,对于根据菜单进行操作非常重要,而操作员会根据混合的需要,在每项工作开始的时候输入完成加速的设定点和定时指南。通过基于PC的人机界面,基于以太网的OPC服务器将操作员与嵌入式PLC连接在了一起。
IndraDrive M型数字智能伺服驱动,提供了充电能力,可将机器伺服电机上的动能转化为直流电。嵌入式RexrothMLD PLC面向开放式自动化设计,是多种通讯协议的理想选择。
对于控制、元件工程、编程代码和通讯而言,工程师需要为机器安装和测试编写简单的代码。这些合作可以为客户创造他们想要的收益,而价格也极具竞争力。Seaholm估计基于驱动的平台会将每个RAM机组的电子成本降低数千美元。这些节约也会应用在新推出的Resodyn RAM 55技术上面。
技术的优势还包括更加精确、平均的混合,以及不同规模(大规模、小规模甚至分子级别)的混合,更加清洁以及运行更加可靠。RAM混合让制造商能够更加容易地遵循制药和化妆品行业的规定,因为在混合的过程中没有叶片需要清洁,也不需要开启化学容器。Seaholm说,RAM 5相比传统方法节约了大量的时间,将操作从几个小时变成了几分钟,而根据菜单进行输入也让最终用户在每项混合工作之间切换参数变得更加容易。驱动的能源再生技术也具备可持续性,降低了能源成本。