我國的包裝機械經過近20年的發(fā)展，已經取得了長足的進步，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？我們認為主要在于控制方面。鑒于此，溫州大學的楊福餐和河南科技大學的吳龍奇兩位專家，就他們所從事的研究內容寫成系列文章，希望能對有關業(yè)內人士有所啟發(fā)。
一、步進電機工作原理
步進電機是將給定的電脈沖信號轉變?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，步進電機轉子就轉過相應的角度，這個角度就稱作該步進電機的步距角。目前常用步進電機的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.9度的進步電機來說，當我們給步進電機一個電脈沖信號，步進電機就轉過0.9度；給兩個脈沖信號，步進電機就轉過1.8度。以此類推，連續(xù)給定脈沖信號，步進電機就可以連續(xù)運轉。由于電脈沖信號與步進電機轉角存在的這種線性關系，使得步進電機在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應用。
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；二是驅動器（信號放大器），它除了對電脈沖信號進行放大、驅動步進電機轉動以外，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，一般一種步進電機可以根據(jù)不同的工況具有多種驅動器；三是步進電機，它有多種控制原理和型號，現(xiàn)在常用的有反應式、感應子式、混合式等。
步進電機的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實現(xiàn)的。當發(fā)生脈沖的頻率減小時，步進電機的速度就下降；當頻率增加時，速度就加快。還可以通過頻率的改變而提高步進電機的速度或位置精度。
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，還與機構的參數(shù)有關，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，機構復雜、調節(jié)不易。改用步進電機后，不僅能使包裝機械結構變得簡單、調節(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，它是通過螺桿旋轉的圈數(shù)多少來達到計量的多少，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速和轉數(shù)，不僅簡化了機械結構，而且使得控制非常方便。在不過載的情況下，步進電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，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。
步進電機與螺桿采用直接連接的方式，結構簡單，維修方便。值得指出的是，如步進電機的過載能力較代，當輕微過載時，就會出現(xiàn)相當大的噪聲。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，存在著調整困難、結構復雜、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，其它經濟指標會顯著下降。對于轉速比較高的齒輪泵來說，選用升速結構比較好。我們在粘稠體包裝機上開始采用的是步進電機直聯(lián)齒輪泵的結構，結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，降低了步進電機的速度，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、步進電機在供送包裝膜中的應用
|
