淺談步進電機在供送包裝膜中的應(yīng)用

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

步進電機是一種感應(yīng)電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器，雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。

步進電機的使用至少需要三個方面的配合，一是電脈沖信號發(fā)生器，它按照給定的設(shè)置重復為步進電機輸送電脈沖信號，目前這種信號大多數(shù)由可編程控制器或單片機來完成;二是驅(qū)動器(信號放大器)，它除了對電脈沖信號進行放大、驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動以外，還可以通過它改善步進電機的使用性能，事實上它在步進電機系統(tǒng)中起著重要的作用。

步進電機的位置控制是靠給定的脈沖數(shù)量控制的。給定一個脈沖，轉(zhuǎn)過一個步距角，當停止的位置確定以后，也就決定了步進電機需要給定的脈沖數(shù)。在包裝機控制中，給定脈沖數(shù)的多少，還與機構(gòu)的參數(shù)有關(guān)，例如螺桿的直徑等。

在包裝機械中，很多情況下需要控制執(zhí)行機構(gòu)的運行速度和運行位置，以前都是通過機械或其它方式來完成的，機構(gòu)復雜、調(diào)節(jié)不易。改用步進電機后，不僅能使包裝機械結(jié)構(gòu)變得簡單、調(diào)節(jié)方便、可靠性增加，而且粗度會得到很大提高。

二、步進電機在物料計量方面的應(yīng)用

1.粉狀物料的計量

螺桿計量是常用的容積式計量方式，它是通過螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)多少來達到計量的多少，為了達到計量大小可調(diào)和提高計量精度的目的，要求螺桿的轉(zhuǎn)速可調(diào)和位置定位準確，使用步進電機可以同時滿足這兩個方面的要求。

例如粉劑包裝機的計量采用了步進電機控制螺桿的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)，不僅簡化了機械結(jié)構(gòu)，而且使得控制非常方便。在不過載的情況下，步進電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。

步進電機與螺桿采用直接連接的方式，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。因此，在計量工況確定以后，就要選用較大的過載系數(shù)，以保證步進電機平衡工作。

2.粘稠體物料的計量

步進電機控制齒輪泵也可以實現(xiàn)精確計量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應(yīng)用，目前在對這些物料的計量方面大多使用活塞泵，存在著調(diào)整困難、結(jié)構(gòu)復雜、不便維修、功耗大、計量不準等缺點。

齒輪泵計量是靠一對齒輪嚙合轉(zhuǎn)動計量的，物料通過齒與齒的空間被強制從進料口送到出料口。動力來自步進電機，步進電機轉(zhuǎn)動的位置及速度由可編程控制器控制，計量精度高于活塞泵的計量精度。齒輪泵是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動來輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵。由兩個齒輪、泵體與前后蓋組成兩個封閉空間，當齒輪轉(zhuǎn)動時，齒輪脫開側(cè)的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側(cè)的空間的體積從大變小，而將液體擠入管路中去。吸入腔與排出腔是靠兩個齒輪的嚙合線來隔開的。齒輪泵的排出口的壓力完全取決于泵出處阻力的大小。

步進電機適于在低速下運行，當速度加快時，步進電機的噪聲會明顯加大，其它經(jīng)濟指標會顯著下降。對于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來說，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們在粘稠體包裝機上開始采用的是步進電機直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果聲難以噪聲難以避免，可靠性下降。三、步進電機在供送包裝膜中的應(yīng)用

在制袋、充填、封口為一體的包裝機中，要求包裝用塑料薄膜定位定長供給，無論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進電機來可靠完成。

1.用于間歇式包裝機

間歇式包裝機使用步進電機供膜，可靠性可以得到提高。以前的包裝膜供送多采用曲柄連桿機構(gòu)間歇拉帶方式，結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)整困難，特別是當需要更換產(chǎn)品時，不僅調(diào)節(jié)困難，而且包裝膜浪費很多。采用步進電機與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過控制面板上的按鈕就可以實現(xiàn)。

在間歇式包裝機中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長控制模式和色標控制模式。袋長控制模式適用于不帶色標的包裝膜，通過預先設(shè)定步進電機轉(zhuǎn)速的方法實現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過撥碼開關(guān)就可以實現(xiàn)。色標模式配備有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測色標的位置，當檢測到色標時，發(fā)出控制開關(guān)信號，步進電機按到信號后，停止轉(zhuǎn)動，延時一定時間后，再轉(zhuǎn)動供膜，周而復始，保證按照色標的位置定長供膜。

2.用于連續(xù)式包裝機

在連續(xù)工包裝機中，步進電機是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送，當改變袋長時，只需通過撥碼開關(guān)就可以實現(xiàn)。

四、步進電機在橫封中的應(yīng)用

在連續(xù)式包裝機中，橫封是一個很重要的執(zhí)行機構(gòu)，也是包裝機中比較復雜的機構(gòu)之一。特別對于有色檔的包裝膜，其封口和切斷位置要求極其嚴格，為了提高切斷的準確性，人們先后研制了偏心鏈輪機構(gòu)、曲柄導桿機構(gòu)等，但這些機構(gòu)都存在著調(diào)整十分麻煩、可靠性低的缺點。

步進電機直接驅(qū)動橫封輪可以實現(xiàn)速度同步。連續(xù)式包裝機的供膜輪是連續(xù)供膜的，橫封時要求橫封的線速度與薄膜供送的速度同步，以免出現(xiàn)撕裂薄膜和薄膜堆積的情況，由于橫封輪的直徑是恒定的，當改變袋長時，就需要通過改變橫封輪的轉(zhuǎn)速來改變，但是橫封需要一定的時間，就是說橫封輪與薄膜從接觸到離開需要恒定的時間，否則封口吵嚴。

步進電機的特點主要歸于三個方面，一是過載性好。其轉(zhuǎn)速不受負載大小的影響，不像普通電機，當負載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合;二是控制方便。步進電機是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計算機控制帶來了很大的方便，反過來，計算機的出現(xiàn)也為步進電機開辟了更為廣闊的使用市場;三是整機結(jié)構(gòu)簡。

通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。步進電機在包裝機械中的就用還剛剛開始，原來許多傳統(tǒng)的機械控制方式都可以用步進電機來替代，除了上面介紹的一些用途外，它還在印刷、灌裝、囊包等方面得到了應(yīng)用，相信在較短的時間內(nèi)，我國的包裝機械行業(yè)定能在步進電機技術(shù)的平臺上躍上一個新的水平。