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包装机械驱动技术的发展

对于不同类型的包装机器，要实现不同的机床功能，哪些驱动最适合？本文将回顾现存各种类型驱动的发展，希望有助于用户了解各种系统的特性，并在选择驱动时有所裨益。

为包装机械的控制选择最适合的驱动技术，很大程度上取决于操作速度、驱动负载的动力学特性、所需精度和应用的复杂程度。然而，不同的可选系统，其性能与实际价格之间存在着一定程度的重合。

直流驱动虽然需要定时维护以保证其工作效率，却很简单，还能在低速下产生高扭矩——某些情况下最大可达到标称扭矩的四倍。两个实验工区从规范技术条件入手直流驱动适用于包装配套机床和工艺，比如纸张和木板的生产加工机器，但是在高速包装工作中应用有限。

虽说交流变频流驱动比直流系统复杂得多，但由于其性能的快速改进，它在高要求场合的运用越来越多。这类驱动易于安装使用，不需要定期维护。

伺服运动控制系统能达到更高的精度和可重复性，而且非常适合控制高速运动，又能对多个轴向的运动进行协调和同步。在某些情况下，新的低价伺服驱动越来越多地被看作是步进驱动的可靠替代品。而在其它地方伺服驱动的性能与适应性带来的好处远远超过了增加的费用。

然而，步进驱动不仅仅是能进行高速高精度控制，还很适合点到点控制的情况，比如在X-Y工作台上。它们在对于成本比较在乎的领域中仍然是最佳选择。

可调频交流驱动

可调频交流驱动系统通常被简称作变频器或是交流变频驱动，它实现了两个功能。简单说来，就是将交流能源转化为直流，并向交流电动机提供电压及频率可调节的挡车器输出。改变输出信号就会改变电机中电磁铁所感受到的电流，这电流又会影响输出扭矩。

交流变频驱动系统的吸引力源于交流电机的简单可靠和低成本。交流电机无需电刷，无需转向器或其它需要定期维护的部件，在高于2500转/min的高速情况下，因为直流电机存在电刷和换向器引起的问题，交流电机普遍优于直流电机。

交流驱动的局限

在某些低速情况下，标准交流变频驱动因为无法在零速或低速下产生扭矩，其应用受到限制。然而，最新的带电机编码反馈的高性能磁束向量交流变频驱动能克服此类限制，因为这种驱动能在零转速下产生百分之一百的扭矩。

现在，交流变频驱动具有良好的适应性和增强了的性能，完全能弥补复杂性的缺憾。所以在包装机械中得到了广泛应用。

步进系统

有三种基本类型的步进电机——可变磁阻型、永磁体型和混合型。不过对于本文，只要说明三种类型的电机都是通过将数字脉冲转化为机械轴的旋转运动，就足够了。

步进系统具有成本低、可靠性高、低速下扭矩高的优点，而且能在大多数环境下运行。它们在简单的“开环”控制下工作，所以步进驱动并不需要来自电机的位置反馈信号。其主要缺点是系统常在低速谐振，速度升高时扭矩降低，在需要高加速度的动态工作中或是有变化载荷的情况下，开环步进器也许会产生过大扭矩，可能会造成电机失速或是打滑。一旦发生这种情况，系统就无法得知电机轴的位置，必须重新进行初始化，也就是回到其初始位置，以便重新进行正确的控制。虽然在电机上装一个编码器能够反馈当前的轴位置，改善控制，在重要场合这种工作情况可能仍无法令人满意。

伺服系统

伺服系统主要设计目的是对改变速度、位置或扭矩的命令作出反应。这些命令可能来自PC或PLC这样的外部控制系统，也可能直接来自伺服电机上或被驱动负荷上的传感装置材料不断创新。伺服驱动系统的优点是能够精确高速地控制高度休闲衫动态的操作。然而伺服驱动系统是复杂系统，需要高水平的编程和应用知识。

驱动技术的优点

过去，许多交流变频驱动困于低速动力问题，特别是在零速也需要全扭矩的时候更是如此。此外，许多变频器反应太慢，不能用于负荷和速度会突变的动态场合。现代变频器通过各种技术来解决上述问题。这些技术包括磁束向量模型，它使用编码器回光灯反馈来改进低速表现和位置控铆接设备制，还包括通过专门的应用软件改变变频器特性以适应特殊场合。

电子元件的进步也提高了交流变频器的处理能力和转换速度。也有交流变频驱动带有改进了的可编程逻辑控制器(PLC)和内置通讯功能。这使得设计者们可以只用驱动来配置控制系统。驱动的独立模式就能既控制其自身输入/输出，又能控制机床的输入/输出，还能与外部系统通信、交流数据。

制造商们还在设计低成本、功能性增强的伺服驱动系统。同时，为了改进系统配置，工业标准编程和通信技术用得越来越多。用户配置特性也改进了，比如能从标准应用软件中调用库，这与上面的技术相结合改善了系统适应性、支持和维护性。然而，这些改进并不意味着设计者和使用者可以把技能置诸脑后，他们仍然有必要掌握良好的机械和电气实用知识，以及深入的编程技术。计算系统机械载荷好让电动机与载荷相匹配的时候更是如此。仅仅凭着猜测过于谨慎地安装大驱动可能会带来不利后果，还很昂贵。如今许多驱动制造厂商会提供仿真及负载估量软件以解决此类问题。

控制和驱动系统厂商还有一个不断增加的明显趋势，那就是将运动控制、操作显示和机床逻辑控制打包，成为一个单元。这种控制单元被称作控制器，对于高速的，时间很关键的运动控制和机床逻辑控制，它基于个人电脑运行实时使洛铜成为国内新能源汽车用铜材行业的领跑者操作系统-不用微软的Windows系统。有些操作时间不那么关键，比如数据输入和处理、操作显示和外部通信，由大家熟悉的Windows操作系统运行。

这种控制系统中，在操作面板上按一个键就可下载全套机床设置参数，加上个人计算机和Windows操作系统提供的基于IT的支持，能进行快速改变。同时，机器设计者在规划其控制系统时，不再需要选择单一生产厂家的驱动产品，受到的限制也较少。

包装机械运用实例

交流变频驱动在包装机床中应用广泛。虽然交流变频驱动的性能永远无法与伺服系统性能相抗衡，但由于设计和性能的改进，越来越多地用于动态环境。典型的应用包括：纸幅张力控制，能改善扭矩输出，提供平稳加减速以保证纸幅不会损坏。而用PID(比例积分微分控制)控制功能，可与卷取收缩材料量成正比改变卷盘轴速度。传送装置、像拉伸薄膜包装设备这样的生产线终端设备，或其它一些场合需要独立的简单逻辑控制和速度控制。带内置PLC功能的交流变频驱动用于此类情况。

伺服驱动系统正越来越多地控制先进的高速包装设备，用于取代机械联接和副轴，对多轴进行同步。实际例子包括立式成型-填充-封装机器、纸板包装机、自动包装机、生产线终端设备和填充机。步进驱动或是使用脉冲序列控制的低成本伺服驱动正越来越多地用于点到点包装。

比如贴标签机传统上使用离合器-刹车组合来控制商标敷涂机，还有一个基本的直流驱动以控制产品进料传送器。但是，这些系统想跟上现代生产需求十分吃力。所以贴标签机生产商正通过安装步进-伺服驱动系统取代离合器-刹车系统以解决上述问题。而交流变频驱动则用于控制进料传送机构的速度。这一组合通用性强，又能大大提高速度和商标位置准确度，其好处远远超出了所付出的额外成本。

步进电机系统典型设计：分度器向驱动提供步进和方向输出信号，然后这些信号被转化成电脉冲（步进脉冲）以驱动电机。举个例子，一个200步的电机，电机轴需要200个来自驱动的脉冲才能转一周。在微步模式，每一周可能要有超过50,000个脉冲来达到更高的分辨率。大多数情况下，分度器也能操纵数个控制功能，包括加速、减速、每秒步数和距离。此外，它还会和其它外部信号相协调，对外部信号进行控制。

伺服系统典型设计：与步进驱动系统不同，伺服驱动系统需要来自电机的反馈以指明电机当前位置，这被称为“闭环控制”。该反馈信号被用来在当前位置和期望位置之间做比较，驱动计算出一个与两者之差成正比的控制信号，将控制信号发给电机，直到当前位置与期望位置相等。这种形式的控制其优点在于驱动总是了解电机的位置，因此，与开环的步进驱动系统不同，伺服系统如果发生了失速现象，不需要重新初始化。

信息来源：现代包装