【正文】 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。 1．脈沖分配器 脈沖分配器又稱環(huán)形分配器，它是根據(jù)指令把脈沖信號按一定的邏輯關(guān)系加到功率放大器上，使各相繞組按一定的順序和時間導(dǎo)通和切斷，并根據(jù)指令使電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)確定的運(yùn)行方式。這個產(chǎn)生一系列有一定規(guī)律的電脈沖信號的電源稱為驅(qū)動電源。它的組成包括：運(yùn)動控制軟件、脈沖分配器、驅(qū)動器、步進(jìn)電動機(jī)及傳動裝置等。細(xì)分電路提高了步進(jìn)電動機(jī)的分辨率，能夠平滑步進(jìn)運(yùn)動，減弱甚至消除振蕩。通過參考文獻(xiàn)的閱讀及結(jié)合本次課題設(shè)計的要求，步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路選用細(xì)分電路。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路選擇有如下的一般要求： （ 1） 能夠提供快速上升和快速下降的電流，使電流波形盡量接近矩形； （ 2） 具有供截止期間釋放電流的回路，以降低相繞組兩端的反電動勢，加快電流衰減； （ 3） 功耗低，效率高。常用驅(qū)動電路有：單極性、雙極性、高低壓、斬波及細(xì)分驅(qū)動電路等。C（相線圈接通額定相電流） 自動包裝機(jī)畢業(yè)論文 24 絕緣阻抗 最小100MΩ，500V DC 重量(kg) 2.7 3）矩頻曲線 自動包裝機(jī)畢業(yè)論文 25 4） 電機(jī)電纜 線 色 電機(jī)信號 紅 色 U 橙 色 藍(lán) 色 V 白 色 黃 色 W 綠 色 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的選用 雖然步進(jìn)電動機(jī)是一種數(shù)控元件，易于同數(shù)字電路接口。C～50176。20% 電機(jī)慣量（㎏.㎝178。 相電流(A) 5.8 保持扭矩(Nm4.2 自動包裝機(jī)畢業(yè)論文 21 ) 阻尼扭矩(Nm) 0.12 相電阻(Ω) 0.9177。以電子方法進(jìn)行步進(jìn)電動機(jī)的振蕩消除，基本上都是從電源著手。包括合理選擇電動機(jī)參數(shù)，以機(jī)械方法進(jìn)行阻尼，以電子方法進(jìn)行阻尼。所以，需要對振蕩進(jìn)行抑制。當(dāng)振蕩足夠嚴(yán)重時就導(dǎo)致失步。二是轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度。并且凡是比這時頻率高的工作頻率都必將失步。 步進(jìn)電動機(jī)的失步有兩種原因：一 是轉(zhuǎn)子的加速度慢于步進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場。另外，步進(jìn)電動機(jī)的工作狀態(tài)也會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。下面介紹這些問題，并給出在實際應(yīng)用中的解決辦 法。 二、 振蕩、失步和阻尼方法 振蕩是步進(jìn)電動機(jī)在工作時存在的一般現(xiàn)象，但嚴(yán)重的振蕩會引起失步。典型的步進(jìn)電動機(jī)頻率特性曲線如圖 3 所示。步進(jìn)電動機(jī)的頻率特性曲線的縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)動力矩，用 T 表示，單位為 kgf178。 在六拍工作方式中，控制電流切換六次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子移動一個齒距。 /6，步距角為 176。在六拍工作方式中，通電的相數(shù)如下： A→ AB→ B→ BC→ C→ CA→ A 對于一個三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，轉(zhuǎn)子有 40 個齒，那么齒距角為 9176。 A→ B→ C→ A 2． 雙三拍工作方式 在步進(jìn)電動機(jī)的步進(jìn)控制中，如果每次都是兩相通電，控制電流切換三次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子移動一個齒距位置，則稱為雙三拍工作方式。對某相通電時，轉(zhuǎn)子齒就會與該相定子齒對齊。 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作方式： 1. 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)各相為 A， B， C 相。 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。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)。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)的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實現(xiàn)的。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)。目前常用步進(jìn)電機(jī)的步距角大多為 度（俗稱一步）或 度（俗稱半步）。 步進(jìn)電機(jī)工作原理及工作方式 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。 40） =反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的繞組通常由單極性脈沖供電，一般由基本脈沖串和輔助脈沖串進(jìn)行換向控制步進(jìn)工作。 50/（ 3179。相數(shù)越多，步距角越小。三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的三相六拍通電方式的步距角比純單拍或純雙拍通電方式的小一倍。 式中， c為通電方式系數(shù)， m為控制繞組的相數(shù)， zr為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 2179。 /(mzrc)=360176。在定子大極中，其中心線是齒的中心線，在有些反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)中是槽的中心線。轉(zhuǎn)子中的小齒和定子的小齒形狀相似，齒矩相同。在每個大極上，面向轉(zhuǎn)子的部分分布著多個小齒，這些小齒呈梳壯布列，并大小相同，間距相等。對稱的大極繞組形成一組繞組，也即形成一相控制繞組。 在反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)中，分成定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。所以選用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。在這種步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中沒有繞組。在永磁式步進(jìn)電動機(jī)中，它的轉(zhuǎn)子是用永久磁鋼制成的，也有通過滑環(huán)供電的直流激磁繞組制成的，無論如何，其轉(zhuǎn)子是一個磁源。工業(yè)應(yīng)用上大量用作狀態(tài)伺服元件、狀態(tài)指示元件及功率伺服拖動元件，有時也用做位置控制、速度控制元件。這種電動機(jī)一般有多相繞組，在定子和轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械聯(lián)系。電磁型步進(jìn)電動機(jī)和定子和轉(zhuǎn)子之間僅靠電 磁作用就可以產(chǎn)生步進(jìn)作用的步進(jìn)電動機(jī)。它和 PLC數(shù)字系統(tǒng)結(jié)合可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用做電磁制動輪、電磁差分器、電磁減法器或角位移發(fā)生器等。 7） 步進(jìn)電動機(jī)自身的噪聲和振動較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。 5） 步進(jìn)電動機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，他不能直接使用交流電源和直流電源。 3） 步進(jìn)電動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。 2） 由步進(jìn)電動機(jī)與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非?？煽?。為步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)或 PLC 控 制。除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也可以并用在其他的機(jī)械上，比如作為自動送料機(jī)中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機(jī)和繪圖儀中。比如步進(jìn)電動機(jī)用作數(shù)控銑床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電動機(jī)，在這個應(yīng)用中，步進(jìn)電動機(jī)可以同時完成兩個工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。早期的步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比較小，無法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達(dá)。 步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)。 步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有 自動包裝機(jī)畢業(yè)論文 13 多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)同時與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)靠一種叫環(huán)形分配器的電子開關(guān)器件，通過功率放大器使勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源。因此，用計算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨勢。原來的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用 分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路。在本世紀(jì)初，由于資本主義列強(qiáng)爭奪殖民地，造船工業(yè)發(fā)展很快，同時也使得步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)得到了長足的進(jìn)步。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 步進(jìn)電動機(jī)、可編程控制器 有關(guān)步進(jìn)電動機(jī)和可編程控制器的介紹將在下面章節(jié)詳細(xì)介紹。模擬式光電傳感器按被測量 (檢測目標(biāo)物體 )方法可分為透射 (吸收 )式、漫反射式、遮光式 (光束阻檔 )三大類。由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件 (光學(xué)測控系統(tǒng) )輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖 (開關(guān) )式光電傳感器。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電 元件三部分組成。 光電定長 （拉袋機(jī)構(gòu)如附圖 23所示） 基本組成電氣原器件為：光電開關(guān)、步進(jìn)電動機(jī)和可編程控制器（ PLC） 光電開關(guān) 光電開關(guān)亦稱光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。本設(shè) 計采用的包裝材料是鋁箔 /聚乙烯，其設(shè)定溫度值在 150 度左右，如果包裝效果達(dá)不到要求，可對設(shè)定值稍加調(diào)整。 設(shè)定溫度：根據(jù)所用的包裝材料，在溫控儀上設(shè)定熱封溫度。一是控制包裝袋溫度的橫封，一是控制 自動包裝機(jī)畢業(yè)論文 11 包裝袋溫度的縱封。 C。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度 t0≠0℃ 時對測溫的影響。 3）熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償 由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴 金屬時），而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到 儀表端子上。 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 我國從 1988 年 1 月 1 日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指 定 S、 B、 E、 K、 I、 J、 T 七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。熱電偶是利用這種效應(yīng)來工作的。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的 限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。 常用的熱電偶從 50~+1600℃ 均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到 269℃ （如金鐵鎳鉻），最高可達(dá) +2800℃ （如鎢 錸）。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。即：在熱封當(dāng)中起到很大的包裝封合作用。因此必須隨各種薄膜的不同來加以調(diào)節(jié) 。熱封溫度：溫度太低，薄膜不能全部融合；溫度太高，薄膜以產(chǎn)生變形。根據(jù)材料的不同和料袋運(yùn)動狀態(tài)需要不同的熱封因素，三者是必須協(xié)調(diào)配合才能獲得好 的熱封質(zhì)量 。熱封是利用外界條件 (電加熱、超聲波等 )使塑料薄膜的封口部位變成粘流狀態(tài)，借助刀具壓力使薄膜融合為一體，冷卻后能保持一定強(qiáng)度。 橫封縱封模塊 （如附圖 22所示） 包裝封口強(qiáng)度的檢測意義 封口強(qiáng)度對包裝材料來講是一個重要性能指標(biāo)，對任何一種軟包裝材料都要做成包裝袋來包裝各種商品，包裝商品都要熱封或粘接來封口，達(dá)到包裝目的。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體，檢測距離由 至 150mm。 電感式接近開關(guān)它由 LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。如此循環(huán)，完成供紙過程，當(dāng)包裝材料用完時，缺紙控制桿復(fù)位，缺紙接近開關(guān)發(fā)出信號，機(jī)器停機(jī)并報警。為保證送料的精度，取脈沖當(dāng)量為 1/3mm，加上膠輥滑移、紙張延伸等不定因素，精度可達(dá) + 左右。在運(yùn)行時步進(jìn)電機(jī)處于待命狀態(tài)，當(dāng)收到位置傳感器發(fā)來的信號時，步時電機(jī)讀入拔碼盤上預(yù)置的十進(jìn)制長度數(shù)據(jù)，并換算成十六進(jìn)制脈沖步數(shù)，從靜上開始逐步升速到較高的運(yùn)行頻率，當(dāng)運(yùn)行的步數(shù)剩下到一定數(shù)目時，步進(jìn)電機(jī)則開始降速，直至走完整個長度。由架紙軸，擋紙輪，支撐板構(gòu)成； 2） 送料部分： 由于包裝紙總是以卷筒狀安放在放料架上， 由步進(jìn)電機(jī)直接拖動，在電機(jī)升速是產(chǎn)生很大的加速度，因而會產(chǎn)生大的慣性力，使電機(jī)失步或拉斷加工材料，因而在放料架上必須安裝放料裝置，該裝置要求較低，只需要在每次步進(jìn)電機(jī)拉袋之前送出足夠一次拉料的材料即可。 （說明：由于本課題設(shè)計是有關(guān)電氣控制的系統(tǒng)設(shè)計， 成型、定量供 料 、導(dǎo)向、牽引 和輸出等與機(jī)械原理息息相關(guān)，將在最后一章介紹其動作原理。 第 2 章 DXD 系列包裝機(jī)的 組成結(jié)構(gòu) DXD 系列 C 型全自動包裝機(jī)基本組成是由： 供膜、成型、定量供 料 、導(dǎo)向、牽引、縱封、光電定長、橫封和輸出九大模塊。 6） 具有定位停機(jī)功能，確保機(jī)器在任何情況下停機(jī)，熱封器及切刀都處于張開狀態(tài)。該動作由 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)完成，準(zhǔn)確可靠。使用多種包裝材料； 3） 制袋長度可在操作面板上直接設(shè)定，操作方便。 ? 所以與物料接觸的部件均由耐腐蝕塑料制成，符合食品衛(wèi)生要求。 ? 具有定位停機(jī)功能，確保機(jī)器在任何情況下停機(jī)，熱封器及切刀都處于張開的狀態(tài)。該動作由電腦控制步進(jìn)電機(jī)完成，準(zhǔn)確可靠。 ? 制袋長度可在操作面板上直接設(shè)定，操作方便。 自動包裝機(jī)畢業(yè)論文 7 ? 封口溫度采用兩路溫度控制器控制，溫度設(shè)置方便，控制準(zhǔn)確，適合多種包裝材料。特別使用于食品、醫(yī)藥及化工等行業(yè)的生 產(chǎn)需要。該系列包裝機(jī)采用了電腦控制、細(xì)分驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)拉袋等 技術(shù)。根據(jù)工藝要求，DXD全自動包裝機(jī)的控制系統(tǒng)由人機(jī)界面操作及顯示系統(tǒng)、制袋控制系統(tǒng)、送料計量控制系統(tǒng)、封裝及剪切控制系統(tǒng)組成。選用液晶觸摸屏作為人機(jī)界面。根據(jù)工藝要求， DXD 全自動包裝機(jī)采用 PLC進(jìn)行自動控制，包含兩個最關(guān)鍵的步進(jìn)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。 DXD全自動包裝機(jī)要求加 料、制袋、充填、封口、剪切、撕口等工序全自動完成，包裝速度、制袋長度可以調(diào)整。北京某包裝機(jī)械制造有限公司 以及珠海天楹精密機(jī)械有限公司 是生產(chǎn)