1. 项目概述：工业称重控制系统的PLC实现
这个基于三菱FX系列PLC的称重包装秤项目，是我去年为一家食品包装企业实施的自动化改造方案。整套系统包含FX3U-64MT PLC主机、FX3U-4AD模拟量模块、GT1155触摸屏以及多台气动执行机构，现已稳定运行超过8000小时，累计完成逾50万包物料的精确称重。
作为典型的工业称重控制系统，其核心难点在于将模拟量信号转化为稳定可靠的控制逻辑。系统需要处理重量传感器输出的毫伏级信号，通过AD转换后实现：
- 自动零位标定（空秤状态归零）
- 分度值校准（单位重量对应AD值）
- 快慢速协同下料控制
- 配方管理与报警追溯
2. 硬件架构设计要点
2.1 传感器选型与信号调理
采用悬臂梁式称重传感器（量程50kg，灵敏度2mV/V），配合仪表放大器将信号放大至0-10V标准范围。关键设计细节：
- 供电使用稳压电源模块（±0.1%精度）
- 信号线采用双绞屏蔽电缆（型号BELDEN 8761）
- 每路信号线加装TDK ZCAT2035-0930磁环
实际调试中发现，当变频器与传感器电缆平行走线时，即使间隔30cm仍会出现约5%的重量波动。改为垂直交叉走线并增加磁环后，干扰完全消除。
2.2 PLC模块配置
- 主单元：FX3U-64MT（32入/32出）
- 扩展模块：FX3U-4AD（4通道模拟量输入）
- 特殊模块：FX3U-485ADP（用于与触摸屏通信）
地址分配遵循三菱默认映射规则：
- 输入X0-X37
- 输出Y0-Y37
- 模拟量通道CH1-CH4对应D100-D103
3. 核心控制逻辑解析
3.1 模拟量信号处理
称重传感器信号经AD转换后，需进行多重处理：
assembly复制// 主程序采样段
LD M8000 // 运行常开触点
TO K0 K12 D100 K1 // 读取CH1的AD值到D100
MOV D100 D200 // 原始值暂存
CALL P0 // 调用滤波子程序
// 子程序P0（滑动平均滤波）
MOV D200 D204 // 新值存入缓存区
MOV D201 D200
MOV D202 D201
MOV D203 D202
MOV D204 D203
// 计算平均值
ADD D200 D201 D210
ADD D210 D202 D210
ADD D210 D203 D210
ADD D210 D204 D210
DIV D210 K5 D220 // 5点平均
滤波参数选择经验：
- 普通环境：5点平均（响应时间约0.5s）
- 振动环境：8点平均（响应时间约0.8s）
- 粉尘环境：需额外增加中值滤波
3.2 快慢速协同控制
采用双阀门控制策略：
- 快速下料阀（Y3）：口径Φ25mm
- 慢速调节阀（Y4）：口径Φ6mm
控制逻辑实现：
assembly复制LD > D300 K900 // 当前重量>设定值90%
ANDP Y3 // 且快速下料中
OUT Y4 // 开启慢速下料
RST Y3 // 关闭快速下料
物料特性调整参数：
| 物料类型 | 切换点(%) | 过冲量(g) |
|---|---|---|
| 玉米粒 | 85 | 15-20 |
| 白糖 | 88 | 25-30 |
| 奶粉 | 92 | 10-15 |
4. 人机界面设计技巧
4.1 触摸屏防错设计
在GT Designer中设置数值输入框时，必须配置以下参数：
javascript复制{
Address: "D500",
DataType: "SignedWord",
Min: 50,
Max: 2000,
Format: "#### g",
KeyBoard: "Numeric"
}
特别注意：三菱GT1000系列触摸屏存在输入焦点bug，必须严格按照"点击文本框→等待键盘弹出→输入数值"的顺序操作，否则会导致数据丢失。这是固件层面的问题，需在操作手册中特别注明。
4.2 报警追溯功能
采用环形队列存储报警记录：
- D5000-D5003：最新报警代码
- D5004-D5007：报警发生时的重量值
- D5008-D5011：报警时间戳（BCD格式）
- D5012-D5015：报警包次计数
通过变址寄存器实现队列滚动更新：
assembly复制MOV K1 Z0 // 队列指针初始化
LD X10 // 报警触发信号
MOV D100 D5000Z0 // 存储报警代码
INC Z0 // 指针移动
AND Z0 K3 // 4记录循环
5. 系统调试经验总结
5.1 标定流程注意事项
-
空秤标定：
- 确保输送带完全脱离称台
- 等待10秒稳定后执行ZERO指令
- 标定值存入D500（断电保持）
-
量程标定：
- 加载标准砝码（建议满量程50%）
- 输入实际重量值执行SPAN校准
- 验证线性度（0%、25%、50%、75%、100%五个点）
血泪教训：曾因未断开下料气缸进行空秤标定，导致系统将机械压力误判为零点，后续所有称重值偏差达23%。现在标定前必做三项检查：气路断开、机械限位释放、环境振动检测。
5.2 抗干扰实战技巧
-
电源处理：
- PLC与传感器使用不同相电源
- 加装AC滤波器（如TDK Lambda RSEN-2010）
-
接地规范：
- 传感器采用单独接地极（对地电阻<4Ω）
- 屏蔽层单端接地（PLC侧）
-
软件滤波：
- 在采样周期中加入随机延迟（±10ms）
- 采用动态阈值滤波算法
6. 配方管理高级应用
通过变址寄存器实现多配方快速切换：
assembly复制MOV K5 Z0 // 选择第5号配方
MOV D1000Z0 D300 // 目标重量
MOV D1010Z0 D310 // 快慢速切换点
MOV D1020Z0 D320 // 超差报警值
配方数据存储规划：
| 寄存器范围 | 数据内容 | 数量 |
|---|---|---|
| D1000-D1099 | 目标重量(g) | 20 |
| D1100-D1199 | 切换点(%) | 20 |
| D1200-D1299 | 允许误差(g) | 20 |
务必在PLC参数设置中将配方寄存器区（D1000-D1299）设为断电保持区域，否则更换电池时会导致所有配方数据丢失。曾因此问题导致生产线停机8小时，教训深刻。
这套系统经过三次迭代升级，目前达到的技术指标：
- 称重精度：±2g（满量程50kg）
- 包装速度：12包/分钟
- 故障率：<0.3次/千小时
对于希望深入学习的工程师，建议重点研究报警队列管理算法和动态滤波策略，这两个模块的设计思路可以扩展到其他自动化控制场景。下次我将分享如何在这个系统中集成视觉检测功能，实现重量与外观的双重质检。