我國的包裝機(jī)械經(jīng)過近20年的發(fā)展，已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，但與國外相比，還存在著比較大的差距，差距空間在什么地方呢？我們認(rèn)為主要在于控制方面。鑒于此，溫州大學(xué)的楊福餐和河南科技大學(xué)的吳龍奇兩位專家，就他們所從事的研究內(nèi)容寫成系列文章，希望能對有關(guān)業(yè)內(nèi)人士有所啟發(fā)。
一、步進(jìn)電機(jī)工作原理
步進(jìn)電機(jī)是將給定的電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓�位移的開環(huán)控制元件。
給定一個電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，這個角度就稱作該步進(jìn)電機(jī)的步距角。目前常用步進(jìn)電機(jī)的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.9度的進(jìn)步電機(jī)來說，當(dāng)我們給步進(jìn)電機(jī)一個電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過0.9度；給兩個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過1.8度。以此類推，連續(xù)給定脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電脈沖信號與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角存在的這種線性關(guān)系，使得步進(jìn)電機(jī)在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
步進(jìn)電機(jī)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(fù)為步進(jìn)電機(jī)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(jī)來完成；二是驅(qū)動器（信號放大器），它除了對電脈沖信號進(jìn)行放大、驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動以外，還可以通過它改善步進(jìn)電機(jī)的使用性能，事實上它在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用，一般一種步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)不同的工況具有多種驅(qū)動器；三是步進(jìn)電機(jī)，它有多種控制原理和型號，現(xiàn)在常用的有反應(yīng)式、感應(yīng)子式、混合式等。
步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實現(xiàn)的。當(dāng)發(fā)生脈沖的頻率減小時，步進(jìn)電機(jī)的速度就下降；當(dāng)頻率增加時，速度就加快。還可以通過頻率的改變而提高步進(jìn)電機(jī)的速度或位置精度。
步進(jìn)電機(jī)的位置控制是靠給定的脈沖數(shù)量控制的。給定一個脈沖，轉(zhuǎn)過一個步距角，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，以前都是通過機(jī)械或其它方式來完成的，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(jìn)電機(jī)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(dá)到計量的多少，為了達(dá)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(zhǔn)確，使用步進(jìn)電機(jī)可以同時滿足這兩個方面的要求。
例如粉劑包裝機(jī)的計量采用了步進(jìn)電機(jī)控制螺桿的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)，不僅簡化了機(jī)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(jìn)電機(jī)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(fù)載變化的影響，這與電磁離合器控制的螺桿計量相比，具有明顯的精度優(yōu)勢，更加適合于比重變化比較大的物料計量。
步進(jìn)電機(jī)與螺桿采用直接連接的方式，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。值得指出的是，如步進(jìn)電機(jī)的過載能力較代，當(dāng)輕微過載時，就會出現(xiàn)相當(dāng)大的噪聲。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(jìn)電機(jī)平衡工作。
2．粘稠體物料的計量
步進(jìn)電機(jī)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，例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。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(fù)雜、不便維修、功耗大、計量不準(zhǔn)等缺點(diǎn)。
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(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動力來自步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)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。
步進(jìn)電機(jī)適于在低速下運(yùn)行，當(dāng)速度加快時，步進(jìn)電機(jī)的噪聲會明顯加大，其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(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。后來采用直齒輪升速的辦法，降低了步進(jìn)電機(jī)的速度，噪聲得到了控制，可靠性也有所提高，計量精度得到了保證。
三、步進(jìn)電機(jī)在供送包裝膜中的應(yīng)用
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