淺談步進(jìn)電機(jī)在供送包裝膜中的應(yīng)用

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

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

步進(jìn)電機(jī)的使用至少需要三個(gè)方面的配合，一是電脈沖信號(hào)發(fā)生器，它按照給定的設(shè)置重復(fù)為步進(jìn)電機(jī)輸送電脈沖信號(hào)，目前這種信號(hào)大多數(shù)由可編程控制器或單片機(jī)來(lái)完成;二是驅(qū)動(dòng)器(信號(hào)放大器)，它除了對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以外，還可以通過(guò)它改善步進(jìn)電機(jī)的使用性能，事實(shí)上它在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用。

步進(jìn)電機(jī)的位置控制是靠給定的脈沖數(shù)量控制的。給定一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，當(dāng)停止的位置確定以后，也就決定了步進(jìn)電機(jī)需要給定的脈沖數(shù)。在包裝機(jī)控制中，給定脈沖數(shù)的多少，還與機(jī)構(gòu)的參數(shù)有關(guān)，例如螺桿的直徑等。

在包裝機(jī)械中，很多情況下需要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度和運(yùn)行位置，以前都是通過(guò)機(jī)械或其它方式來(lái)完成的，機(jī)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)節(jié)不易。改用步進(jìn)電機(jī)后，不僅能使包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、可靠性增加，而且粗度會(huì)得到很大提高。

二、步進(jìn)電機(jī)在物料計(jì)量方面的應(yīng)用

1.粉狀物料的計(jì)量

螺桿計(jì)量是常用的容積式計(jì)量方式，它是通過(guò)螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)多少來(lái)達(dá)到計(jì)量的多少，為了達(dá)到計(jì)量大小可調(diào)和提高計(jì)量精度的目的，要求螺桿的轉(zhuǎn)速可調(diào)和位置定位準(zhǔn)確，使用步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。

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

步進(jìn)電機(jī)與螺桿采用直接連接的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。因此，在計(jì)量工況確定以后，就要選用較大的過(guò)載系數(shù)，以保證步進(jìn)電機(jī)平衡工作。

2.粘稠體物料的計(jì)量

步進(jìn)電機(jī)控制齒輪泵也可以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)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(duì)這些物料的計(jì)量方面大多使用活塞泵，存在著調(diào)整困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便維修、功耗大、計(jì)量不準(zhǔn)等缺點(diǎn)。

齒輪泵計(jì)量是靠一對(duì)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量的，物料通過(guò)齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動(dòng)力來(lái)自步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置及速度由可編程控制器控制，計(jì)量精度高于活塞泵的計(jì)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(dòng)來(lái)輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵。由兩個(gè)齒輪、泵體與前后蓋組成兩個(gè)封閉空間，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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?jī)蓚€(gè)齒輪的嚙合線來(lái)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(jìn)電機(jī)適于在低速下運(yùn)行，當(dāng)速度加快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的噪聲會(huì)明顯加大，其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會(huì)顯著下降。對(duì)于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來(lái)說(shuō)，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們?cè)谡吵眢w包裝機(jī)上開始采用的是步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jī)中，要求包裝用塑料薄膜定位定長(zhǎng)供給，無(wú)論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)可靠完成。

1.用于間歇式包裝機(jī)

間歇式包裝機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)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(jī)構(gòu)間歇拉帶方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難，特別是當(dāng)需要更換產(chǎn)品時(shí)，不僅調(diào)節(jié)困難，而且包裝膜浪費(fèi)很多。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過(guò)控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)。

在間歇式包裝機(jī)中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長(zhǎng)控制模式和色標(biāo)控制模式。袋長(zhǎng)控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過(guò)預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過(guò)撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。色標(biāo)模式配備有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測(cè)色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開關(guān)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)按到信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動(dòng)供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長(zhǎng)供膜。

2.用于連續(xù)式包裝機(jī)

在連續(xù)工包裝機(jī)中，步進(jìn)電機(jī)是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送，當(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，只需通過(guò)撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。

四、步進(jìn)電機(jī)在橫封中的應(yīng)用

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

步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)橫封輪可以實(shí)現(xiàn)速度同步。連續(xù)式包裝機(jī)的供膜輪是連續(xù)供膜的，橫封時(shí)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(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，就需要通過(guò)改變橫封輪的轉(zhuǎn)速來(lái)改變，但是橫封需要一定的時(shí)間，就是說(shuō)橫封輪與薄膜從接觸到離開需要恒定的時(shí)間，否則封口吵嚴(yán)。

步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)主要?dú)w于三個(gè)方面，一是過(guò)載性好。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合;二是控制方便。步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來(lái)了很大的方便，反過(guò)來(lái)，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開辟了更為廣闊的使用市場(chǎng);三是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)。

通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)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(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)在包裝機(jī)械中的就用還剛剛開始，原來(lái)許多傳統(tǒng)的機(jī)械控制方式都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)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(shí)間內(nèi)，我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)定能在步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的平臺(tái)上躍上一個(gè)新的水平。