浅谈步进电机在供送包装膜中的应用

　　一、步进电机工作原理

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

　　步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器，虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一， 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

　　步进电机的使用至少需要三个方面的配合，一是电脉冲信号发生器，它按照给定的设置重复为步进电机输送电脉冲信号，目前这种信号大多数由可编程控制器或单片机来完成；二是驱动器（信号放大器），它除了对电脉冲信号进行放大、驱动步进电机转动以外，还可以通过它改善步进电机的使用性能，事实上它在步进电机系统中起着重要的作用。

　　步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。给定一个脉冲，转过一个步距角，当停止的位置确定以后，也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。在包装机控制中，给定脉冲数的多少，还与机构的参数有关，例如螺杆的直径等。

　　在包装机械中，很多情况下需要控制执行机构的运行速度和运行位置，以前都是通过机械或其它方式来完成的，机构复杂、调节不易。改用步进电机后，不仅能使包装机械结构变得简单、调节方便、可靠性增加，而且粗度会得到很大提高。

　　二、步进电机在物料计量方面的应用

　　1.粉状物料的计量

　　螺杆计量是常用的容积式计量方式，它是通过螺杆旋转的圈数多少来达到计量的多少，为了达到计量大小可调和提高计量的目的，要求螺杆的转速可调和位置定位准确，使用步进电机可以同时满足这两个方面的要求。

　　例如粉剂包装机的计量采用了步进电机控制螺杆的转速和转数，不仅简化了机械结构，而且使得控制非常方便。在不过载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。

　　步进电机与螺杆采用直接连接的方式，结构简单，维修方便。因此，在计量工况确定以后，就要选用较大的过载系数，以保证步进电机平衡工作。

　　2.粘稠体物料的计量

　　步进电机控制齿轮泵也可以实现计量。齿轮泵在输送粘稠体方面得到了广泛的应用，目前在对这些物料的计量方面大多使用活塞泵，存在着调整困难、结构复杂、不便维修、功耗大、计量不准等缺点。

　　齿轮泵计量是靠一对齿轮啮合转动计量的，物料通过齿与齿的空间被强制从进料口送到出料口。动力来自步进电机，步进电机转动的位置及速度由可编程控制器控制，计量高于活塞泵的计量。齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开侧的空间的体积从小变大，形成真空，将液体吸入，齿轮啮合侧的空间的体积从大变小，而将液体挤入管路中去。吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的。齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出处阻力的大小。

　　步进电机适于在低速下运行，当速度加快时，步进电机的噪声会明显加大，其它经济指标会显着下降。对于转速比较高的齿轮泵来说，选用升速结构比较好。我们在粘稠体包装机上开始采用的是步进电机直联齿轮泵的结构，结果声难以噪声难以避免，可靠性下降。

　　三、步进电机在供送包装膜中的应用

　　在制袋、充填、封口为一体的包装机中，要求包装用塑料薄膜定位定长供给，无论间歇供给还是连续供给，都可以用步进电机来可靠完成。

　　1.用于间歇式包装机

　　间歇式包装机使用步进电机供膜，可靠性可以得到提高。以前的包装膜供送多采用曲柄连杆机构间歇拉带方式，结构复杂，调整困难，特别是当需要更换产品时，不仅调节困难，而且包装膜浪费很多。采用步进电机与拉带滚轮直接连接拉带，不仅结构得到了简化，而且调节极为方便，只要通过控制面板上的按钮就可以实现。

　　在间歇式包装机中，包装材料的供送控制可以采用两种模式：袋长控制模式和色标控制模式。袋长控制模式适用于不带色标的包装膜，通过预先设定步进电机转速的方法实现，转空比的设定通过拨码开关就可以实现。色标模式配备有光电开关，光电开关检测色标的位置，当检测到色标时，发出控制开关信号，步进电机按到信号后，停止转动，延时一定时间后，再转动供膜，周而复始，保证按照色标的位置定长供膜。

　　2.用于连续式包装机

　　在连续工包装机中，步进电机是连续转动的，包装膜被均匀的连续输送，当改变袋长时，只需通过拨码开关就可以实现。

　　四、步进电机在横封中的应用

　　在连续式包装机中，横封是一个很重要的执行机构，也是包装机中比较复杂的机构之一。特别对于有色档的包装膜，其封口和切断位置要求极其严格，为了提高切断的准确性，人们先后研制了偏心链轮机构、曲柄导杆机构等，但这些机构都存在着调整十分麻烦、可靠性低的缺点。

　　步进电机直接驱动横封轮可以实现速度同步。连续式包装机的供膜轮是连续供膜的，横封时要求横封的线速度与薄膜供送的速度同步，以免出现撕裂薄膜和薄膜堆积的情况，由于横封轮的直径是恒定的，当改变袋长时，就需要通过改变横封轮的转速来改变，但是横封需要一定的时间，就是说横封轮与薄膜从接触到离开需要恒定的时间，否则封口吵严。

　　步进电机的特点主要归于三个方面，一是过载性好。其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合；二是控制方便。步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场；三是整机结构简。

　　通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。步进电机在包装机械中的就用还刚刚开始，原来许多传统的机械控制方式都可以用步进电机来替代，除了上面介绍的一些用途外，它还在印刷、灌装、囊包等方面得到了应用，相信在较短的时间内，我国的包装机械行业定能在步进电机技术的平台上跃上一个新的水平。