论述了步进电机的工作原理和应用特点，介绍了步进电机在包装机械中的几个应用实例，指出了步进电机在包装机械中广阔的应用前景。
经过近20年的发展，中国美国包装机械取得了很大进步，但与国外相比，仍有很大差距。差距在哪里？我们认为主要在于控制。鉴于此，温州大学杨福灿、河南科技大学吴两位专家就其研究内容撰写了一系列文章，希望对业内相关人士有所启发。
一、步进电机的工作原理
步进电机是一种开环控制元件，它将给定的电脉冲信号转换成角位移或线位移。
给定一个电脉冲信号，步进电机的转子会转过相应的角度，这个角度称为步进电机的步距角。目前常用的步进电机步距角多为1.8度(俗称一步)或0.9度(俗称半步)。对于步距角为0.9度的步进电机，当我们给步进电机一个电脉冲信号，步进电机转动0.9度；给两个脉冲信号，步进电机就转1.8度。以此类推，如果连续给定脉冲信号，步进电机就可以连续运行。由于电脉冲信号与步进电机的转角之间存在线性关系，步进电机被广泛应用于速度控制和位置控制。
步进电机的使用至少需要三个方面。一种是电脉冲信号发生器，它按照给定的设置反复向步进电机输送电脉冲信号。目前，这些信号大多由可编程控制器或单片机完成。第二个驱动器(信号放大器)不仅放大电脉冲信号，驱动步进电机旋转，还提高了步进电机的性能。事实上，它在步进电机系统中起着重要的作用。一般来说，根据不同的工作条件，一台步进电机可以有多个驱动器。第三，步进电机，它有很多控制原理和模型，现在常用的有反应式、感应式和混合式。
步进电机的速度控制是通过输入脉冲频率来实现的。当脉冲频率降低时，步进电机速度降低；当频率增加时，速度增加。步进电机的速度或位置精度也可以通过改变频率来提高。
步进电机的位置控制取决于给定的脉冲数。给定一个脉冲，转动一个步距角，当停止位置确定后，它也就决定了步进电机所需的脉冲数。在包装机的控制中，给定脉冲的数量也与机构的参数有关，如螺杆的直径。
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他方式来完成，机构复杂，调整困难。使用步进电机后，不仅包装机械的结构变得简单，调整方便，可靠性增加，而且粗糙度也大大提高。
二、步进电机在材料测量中的应用
1.粉状材料的测量
螺杆计量是一种常用的容积计量方式，可以通过螺杆的转数来实现。为了达到计量尺寸可调，提高计量精度的目的，要求螺杆转速可调，位置准确定位。步进电机可以同时满足这两个要求。
如粉末包装机的计量采用步进电机控制螺杆的转速和转数，不仅简化了精密加工结构，而且控制也非常方便。在过载情况下，步进电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响。与电磁离合器控制的螺旋计量相比，具有明显的精度优势，更适合比重变化大的物料的计量。
步进电机与丝杠直接连接，结构简单，维修方便。值得指出的是，比如步进电机过载能力比较老的，稍微过载的时候，会出现相当大的噪音。因此，在测量条件确定后，应选择较大的过载系数，以保证步进电机的平衡工作。
2.粘性材料的测量
步进电机控制的齿轮泵也能实现精确计量。齿轮泵已广泛用于输送粘稠物质，如糖浆、豆酱、白酒、油、番茄酱等。目前，这些物料大多采用活塞泵进行计量，存在调节困难、结构复杂、维修不便、功耗大、计量不准确等缺点。
齿轮泵通过一对啮合旋转的齿轮进行计量，物料通过齿间的空隙从进料口被压向出料口。动力来自步进电机，步进电机的旋转位置和速度由可编程控制器控制，测量精度高于活塞泵。
步进电机适合低速运行。当速度提高时，步进电机的噪声会明显增大，其他经济指标会明显下降。对于高转速的齿轮泵，最好选择增速结构。粘性包装机开始采用步进电机直接齿轮泵的结构，导致噪音大，可靠性下降。后来采用提高直齿轮转速的方法降低了步进电机的转速，控制了噪声，提高了可靠性，保证了测量精度。
三、步进电机在包装薄膜输送中的应用
在集制袋、灌装、封口于一体的包装机中，要求包装用塑料薄膜以固定长度供给。无论间歇还是连续供给，都可以通过步进电机可靠地完成。
1.用于间歇式包装机
间歇式包装机采用步进电机送膜，提高了可靠性。以往包装膜的送料多采用曲柄连杆机构的间歇拉带方式，结构复杂，调节困难。尤其是当产品需要更换时，不仅调整困难，还浪费了大量的包装膜。步进电机直接与拉带辊连接，不仅简化了结构，而且调节非常方便。仅通过控制面板上的按键即可实现，节省了调节时间和包装材料。
在间歇式包装机中，包装材料的进料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无色标包装薄膜，通过预先设定步进电机转速实现，空空比的设定可通过dip开关实现。色标模式配有光电开关，检测色标位置，检测到色标时发出控制开关信号。步进电机按下信号后，停止转动，经过一定的延时后，转动供膜，保证供膜根据色标位置定长。
2.用于连续包装机
在连续加工包装机中，步进电机连续旋转，包装膜均匀连续输送。当袋长改变时，只能通过dip开关来实现。
四、步进电机在水平密封中的应用
在连续包装机中，横向封口是一个非常重要的执行机构，也是包装机中较为复杂的机构之一。对于特殊的彩色包装膜，封切位置要求极其严格。为了提高切割精度，人们开发了偏心链轮机构、曲柄导向机构等。但是这些机构的缺点是调节非常麻烦，可靠性低。造成这些缺点的主要原因是该技术要求横封轮匀速封口，固定位置切断。
步进电机直接驱动横封轮实现速度同步。连续包装机的供膜轮为连续供膜。横封时要求横封线速度与供膜速度同步，避免撕膜和积膜。由于横封轮直径不变，在改变袋长时，需要改变横封轮的转速，但横封需要一定的时间，也就是说横封轮与薄膜接触和离开需要一个恒定的时间，否则封合会有噪音。横向密封轮每次旋转的总时间和横向密封所需的时间是恒定的。为满足速度同步的要求，步进电机一周内的转速可分为两部分，一部分先满足速度同步的要求，另一部分空载满足一周总时间的要求。
为了达到良好的封口质量，还可以通过步进电机实现横封轮的非恒速控制方式，即实现横封各点的速度同步，限于篇幅，此处不再赘述。
步进电机的特点主要归结于三个方面。首先，它具有良好的过载能力。它的速度不受负载的影响，不像普通电机负载增加速度就下降，所以步进电机用在对速度和位置有严格要求的地方。第二，操控方便。步进电机以步骤单位，而且数字化特征明显，给计算机控制带来很大方便。另一方面，计算机的出现为步进电机开辟了更广阔的市场。三是整机结构简单。传统的机械速度和位置控制结构复杂且难以调整。采用步进电机后，整机结构变得简单紧凑。
步进电机在包装机械中的应用才刚刚开始。步进电机可以取代许多传统的机械控制方式。除了上述应用，它还应用于印刷，灌装和装袋。我相信在短时间内，中国在步进电机技术的平台上，美国包装机械行业将能够跃上一个新的台阶。`
