淺談步進(jìn)電機在供送包裝膜中的應用

步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數來(lái)控制角位移量，從而達到準確定位的目的;同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進(jìn)電機是一種感應電機，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)電機供電，步進(jìn)電機才能正常工作，驅動(dòng)器就是為步進(jìn)電機分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器，雖然步進(jìn)電機已被廣泛地應用，但步進(jìn)電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動(dòng)電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進(jìn)電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專(zhuān)業(yè)知識。步進(jìn)電機作為執行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動(dòng)化控制系統中。隨著(zhù)微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應用。

步進(jìn)電機的使用至少需要三個(gè)方面的配合，一是電脈沖信號發(fā)生器，它按照給定的設置重復為步進(jìn)電機輸送電脈沖信號，目前這種信號大多數由可編程控制器或單片機來(lái)完成;二是驅動(dòng)器(信號放大器)，它除了對電脈沖信號進(jìn)行放大、驅動(dòng)步進(jìn)電機轉動(dòng)以外，還可以通過(guò)它改善步進(jìn)電機的使用性能，事實(shí)上它在步進(jìn)電機系統中起著(zhù)重要的作用。

步進(jìn)電機的位置控制是靠給定的脈沖數量控制的。給定一個(gè)脈沖，轉過(guò)一個(gè)步距角，當停止的位置確定以后，也就決定了步進(jìn)電機需要給定的脈沖數。在包裝機控制中，給定脈沖數的多少，還與機構的參數有關(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行機構的運行速度和運行位置，以前都是通過(guò)機械或其它方式來(lái)完成的，機構復雜、調節不易。改用步進(jìn)電機后，不僅能使包裝機械結構變得簡(jiǎn)單、調節方便、可靠性增加，而且粗度會(huì )得到很大提高。

二、步進(jìn)電機在物料計量方面的應用

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(guò)螺桿旋轉的圈數多少來(lái)達到計量的多少，為了達到計量大小可調和提高計量精度的目的，要求螺桿的轉速可調和位置定位準確，使用步進(jìn)電機可以同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)方面的要求。

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

步進(jìn)電機與螺桿采用直接連接的方式，結構簡(jiǎn)單，維修方便。因此，在計量工況確定以后，就要選用較大的過(guò)載系數，以保證步進(jìn)電機平衡工作。

2.粘稠體物料的計量

步進(jìn)電機控制齒輪泵也可以實(shí)現精確計量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應用，目前在對這些物料的計量方面大多使用活塞泵，存在著(zhù)調整困難、結構復雜、不便維修、功耗大、計量不準等缺點(diǎn)。

齒輪泵計量是靠一對齒輪嚙合轉動(dòng)計量的，物料通過(guò)齒與齒的空間被強制從進(jìn)料口送到出料口。動(dòng)力來(lái)自步進(jìn)電機，步進(jìn)電機轉動(dòng)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(dòng)來(lái)輸送液體或使之增壓的回轉泵。由兩個(gè)齒輪、泵體與前后蓋組成兩個(gè)封閉空間，當齒輪轉動(dòng)時(shí)，齒輪脫開(kāi)側的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側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?jì)蓚€(gè)齒輪的嚙合線(xiàn)來(lái)隔開(kāi)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)電機適于在低速下運行，當速度加快時(shí)，步進(jìn)電機的噪聲會(huì )明顯加大，其它經(jīng)濟指標會(huì )顯著(zhù)下降。對于轉速比較高的齒輪泵來(lái)說(shuō)，選用升速結構比較好。我們在粘稠體包裝機上開(kāi)始采用的是步進(jìn)電機直聯(lián)齒輪泵的結構，結果聲難以噪聲難以避免，可靠性下降。三、步進(jìn)電機在供送包裝膜中的應用

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(cháng)供給，無(wú)論間歇供給還是連續供給，都可以用步進(jìn)電機來(lái)可靠完成。

1.用于間歇式包裝機

間歇式包裝機使用步進(jìn)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間歇拉帶方式，結構復雜，調整困難，特別是當需要更換產(chǎn)品時(shí)，不僅調節困難，而且包裝膜浪費很多。采用步進(jìn)電機與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結構得到了簡(jiǎn)化，而且調節極為方便，只要通過(guò)控制面板上的按鈕就可以實(shí)現。

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(cháng)控制模式和色標控制模式。袋長(cháng)控制模式適用于不帶色標的包裝膜，通過(guò)預先設定步進(jìn)電機轉速的方法實(shí)現，轉空比的設定通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現。色標模式配備有光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)檢測色標的位置，當檢測到色標時(shí)，發(fā)出控制開(kāi)關(guān)信號，步進(jìn)電機按到信號后，停止轉動(dòng)，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉動(dòng)供膜，周而復始，保證按照色標的位置定長(cháng)供膜。

2.用于連續式包裝機

在連續工包裝機中，步進(jìn)電機是連續轉動(dòng)的，包裝膜被均勻的連續輸送，當改變袋長(cháng)時(shí)，只需通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現。

四、步進(jìn)電機在橫封中的應用

在連續式包裝機中，橫封是一個(gè)很重要的執行機構，也是包裝機中比較復雜的機構之一。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、曲柄導桿機構等，但這些機構都存在著(zhù)調整十分麻煩、可靠性低的缺點(diǎn)。

步進(jìn)電機直接驅動(dòng)橫封輪可以實(shí)現速度同步。連續式包裝機的供膜輪是連續供膜的，橫封時(shí)要求橫封的線(xiàn)速度與薄膜供送的速度同步，以免出現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(cháng)時(shí)，就需要通過(guò)改變橫封輪的轉速來(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(kāi)需要恒定的時(shí)間，否則封口吵嚴。

步進(jìn)電機的特點(diǎn)主要歸于三個(gè)方面，一是過(guò)載性好。其轉速不受負載大小的影響，不像普通電機，當負載加大時(shí)就會(huì )出現速度下降的情況，所以步進(jìn)電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場(chǎng)合;二是控制方便。步進(jìn)電機是以“步”為單位旋轉的，數字特征比較明顯，這樣就給計算機控制帶來(lái)了很大的方便，反過(guò)來(lái)，計算機的出現也為步進(jìn)電機開(kāi)辟了更為廣闊的使用市場(chǎng);三是整機結構簡(jiǎn)。

通常電機的轉子為永磁體，當電流流過(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)轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當定子的矢量磁場(chǎng)旋轉一個(gè)角度。轉子也隨著(zhù)該磁場(chǎng)轉一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機轉動(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成正比、轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會(huì )反轉。所以可用控制脈沖數量、頻率及電動(dòng)機各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機的轉動(dòng)。步進(jìn)電機在包裝機械中的就用還剛剛開(kāi)始，原來(lái)許多傳統的機械控制方式都可以用步進(jìn)電機來(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用，相信在較短的時(shí)間內，我國的包裝機械行業(yè)定能在步進(jìn)電機技術(shù)的平臺上躍上一個(gè)新的水平。