简介这是一份面向电气自动化技术专业学生的毕业设计文档完整呈现基于电阻应变式传感器的简易电子秤设计全过程。设计以最大称重1000克、误差不超过±5克、分辨率0.1克为核心指标重点解决传感器信号采集放大、重量数字显示以及通过PLC控制传送带和分离机完成大小球自动分拣等问题。文档包含毕业设计任务书、摘要、总体设计方案、顺序功能图、PLC外部接线图、I/O地址分配、梯形图设计与程序分析、参考文献等成套内容结构完整、步骤清晰适合用于毕业设计参考、课程作业或PLC与传感器综合实训。压缩包内共1个docx文件大小约110KB可直接查看与编辑。目前已有167人学习是结合传感器技术、模拟与数字电子电路及PLC控制的综合性设计案例对梳理设计思路与撰写论文均有实用帮助。1. 电阻应变式传感器电子秤毕业设计一份能直接照着做的PLC与称重组合方案拿到“基于电阻应变式传感器电子秤”这类毕业设计题目很多人的第一反应是搜51单片机加称重模块的散件图但这份资源走的是另一条更贴合电气自动化专业的路线电阻应变式传感器完成称重三菱FX2N-48MR PLC完成分拣控制逻辑中间用传感器产生的开关量直接驱动机械手动作。整套设计把称重链路和PLC顺序控制焊在了一起最大称重1000克、误差±5克、分辨率0.1克的技术指标全部落到了一张I/O分配表和一份梯形图里。适合正在做PLC课程设计、毕业设计或者想低成本复现一套“称重分拣”小系统的从业者。2. 电阻应变式传感器的称重链路从应变片到0.1克分辨率2.1 应变片原理与电桥万分之一分辨率的底气从哪来这份设计把称重传感器叫作“力敏传感器”摘要里则明确写为电阻应变式传感器两者在工程上指同一类东西。核心原理是金属电阻应变片粘贴在弹性体上物体施加压力后弹性体形变应变片跟着拉伸或压缩电阻值发生变化通过惠斯通电桥把电阻变化转成差分电压输出。设计指标是最大称重1000克、误差±5克、分辨率0.1克。注意分辨率和误差是两个概念分辨率是显示跳动的步进值0.1克意味着显示电路至少要能分辨满量程的万分之一误差±5克是系统精度包含传感器非线性、放大电路温漂、A/D量化误差和机械安装误差的总和。1000克满量程下要达到0.1克显示分辨率A/D至少需要14位实际工程上我会留3到5倍余量用16位以上的方案比较稳。传感器满量程输出通常只有2mV/V左右给5V激励电压时满量程输出约10mV。这个信号直接进A/D显然不行必须先经过仪表放大器做差分放大。常见做法是选AD620或INA128这类仪表放大器放大倍数设定在100到200倍把10mV拉到1到2V再送A/D转换器。当年这份设计所在的年代数字显示电路多用ICL7107或MC14433这类双积分A/D芯片现在复现的话用HX711或ADS1232这类24位Σ-Δ型A/D芯片更省事内置增益放大器直接对接应变电桥。提示0.1克分辨率不是靠传感器标称精度撑起来的是靠“电桥激励电压稳定度放大器噪声 A/D有效位数”三者共同决定的。激励电压用7805这类普通三端稳压会引入工频纹波我一般会用REF195或TL431加运放缓冲做精密基准否则显示值会在0.1克到0.2克之间乱跳。2.2 信号调理与数字显示从毫伏信号到克重读数信号链路的走向是应变电桥 → 差分放大 → 低通滤波 → A/D转换 → 译码驱动 → LED数码管显示。放大后的电压与重量成正比A/D转换结果经过标定系数换算成克重再送数码管。这里有个容易被忽略的环节标定。传感器个体差异会导致同样重量下输出电压不同必须在软件或硬件里做两点标定。硬件做法是在放大器和A/D之间加一个电位器调零、一个电位器调满量程软件做法是在PLC或单片机里存两个标定点用线性插值算实际重量。这份设计因为传感器输出最终是送去和阈值比较、产生开关量所以标定精度要求没那么高但如果你要复现出0.1克分辨率的数字显示标定这一步躲不掉。数字显示电路如果按经典方案做用三位半A/D芯片加共阴极数码管电路本身不复杂但要注意几个参数参数推荐值说明电桥激励电压5V精密基准纹波直接影响显示稳定性放大器增益100~200倍使满量程输出接近A/D满量程A/D参考电压与激励电压同源消除电源波动带来的比例误差低通滤波截止频率10Hz左右抑制工频干扰和机械振动显示刷新率3~5次/秒太快会跳动太慢影响读数2.3 传感器输出怎么变成PLC能认的开关量这份设计的关键点在正文里写得很清楚传感器2力敏传感器感测到大球或小球的重量产生不同的开关量大球信号接X4小球信号接X5。这意味着称重结果在这里不是连续模拟量而是经过阈值判断后的开关量。实现方式通常有两种。一种是在传感器放大电路后面接比较器比如LM393设定一个阈值电压超过阈值输出高电平代表大球低于阈值输出低电平代表小球另一种是直接用PLC的模拟量输入模块读取电压在程序里做比较。这份设计用的是第一种好处是省钱、响应快坏处是阈值固定想改分类重量得调电位器。注意正文特别注明“力敏传感器产生的开关量在一个周期内不会消失”。这个细节很关键意味着PLC程序里不能简单用这个信号的常开触点去触发动作否则在一个扫描周期里这个信号一直为ON会导致动作重复执行。处理办法有上行沿PLS指令或者把信号和机械手的位置条件做与逻辑后面第4章会展开说。3. PLC硬件组成与I/O分配FX2N-48MR的接线图和地址表3.1 为什么选三菱FX2N-48MR这份设计选的是三菱FX2N-48MR这是FX2N系列里I/O点数比较充裕的一款。MR后缀代表继电器输出48指的是总I/O点数其中输入24点、输出24点。对这个项目来说输入用了9点、输出用了7点用48点的机型看起来有点浪费但考虑几点其一FX2N系列是当时实验室和教学的主流机型资料多、老师熟悉其二设计中提到“由于分离机的PLC控制的输入/输出较多及设备的限制可只接输入部分输出由对应触头的LED是否亮来指示”说明这是教学模拟场景选大一点的点数方便扩展其三继电器输出型对直流负载和感性负载的兼容性好机械手的电磁阀、接触器都能直接驱动。I/O编号还有个细节要注意FX2N的输入输出编号是八进制X0到X7之后直接跳到X10没有X8和X9。所以这份设计里输入用到X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10正好9个点没有跳过任何有效编号。你如果照着接线千万别按十进制习惯去找X8和X9号端子那是找不到的。3.2 外部接线图与地址分配表外部接线图在原文里是图3-2完整画出了FX2N-48MR与按钮、限位开关、传感器、接触器的连接关系。复现时最实用的资料是下面这张I/O分配表它直接决定了梯形图里每个触点和线圈的编号输入元件输入点输出元件输出点启动按钮 SB1X0下降 KM1Y0传感器1信号开关 SB2X1夹紧 KM2Y1下限位开关 SQ1X2上升 KM3Y2上限位开关 SQ2X3右行 KM4Y3压力传感器大球信号 SB3X4左行 KM5Y4压力传感器小球信号 SB5X5松开 KM6Y5右限位开关 SQ3X6传送带 KM7Y6左限位开关 SQ4X7停止按钮 SB5X103.3 顺序功能图控制流程的骨架顺序功能图是这份设计软件部分的地基。原文用了大量的选择序列结构整个流程可以拆成两个主要分支大球分支和小球分支。公共部分是启动、传送带送球、传感器1检测到球、机械手下降、抓球、上升然后根据X4或X5进入不同分支。完整的动作顺序是左上原点 → 下降 → 抓球延时1秒→ 上升 → 右行或左行 → 下降 → 释放延时1秒→ 上升 → 左行或右行 → 回到原点 → 等待下一个球。画顺序功能图时有几条规则在这份设计里直接体现出来了两个步不能直接相连必须用转换隔开两个转换不能直接相连必须用步隔开初始步必须有哪怕它没有输出整个流程必须能形成闭环才能重复执行。你照着抄梯形图之前我建议先自己画一遍顺序功能图再对照原文的图2-1确认每个分支的转换条件都对应到具体的输入点否则后面调试时会发现动作顺序对不上。4. 软件编制梯形图的实现细节与可复现程序段4.1 梯形图设计四原则原文第4章列出了FX系列梯形图设计的四条原则这四条放在今天依然适用。第一水平不垂直触点必须画在水平线上不能画在垂直分支上否则PLC无法识别串并联关系第二线圈右边无触点接点不能放在线圈右侧线圈只能是支路的终点第三串联电路并联时触点多的回路放最上面并联电路串联时触点多的回路放最左边这是为了减少指令条数、降低扫描时间第四双线圈输出不可用同一个输出点在程序里只能出现一次线圈否则最后一次扫描的结果会覆盖前面所有结果输出状态完全不可控。这四条里最容易翻车的是第四条。在这个项目里Y0下降、Y2上升、Y3右行、Y4左行这些输出在多个分支里都会用到如果不在程序结构上做处理很容易出现同一个线圈被写两次的情况。解决办法是用置位SET和复位RST指令代替直接OUT输出或者把公共动作合并到同一个步里。4.2 主流程程序分段解析梯形图整体可以分成三块启停控制、传送带控制、机械手动作控制。机械手动作控制又分成下降、抓球、上升、横移、释放、返回等多个子程序段。这里给出启停控制和传送带控制的指令表节选对应原文梯形图的第一行和第二行// 启停控制启动自保停止断开 LD X0 // 启动按钮SB1常开 OR M0 // 运行标志自保 ANI X10 // 停止按钮SB5常闭 OUT M0 // 运行标志线圈 // 传送带控制启动后运行球到达B点后停止 LD M0 // 运行标志 ANI X1 // 传感器1未检测到球 OUT Y6 // 传送带电机KM7第一段逻辑X0按下瞬间M0得电M0的常开触点并联在X0上实现自保X10是常闭连接停止按钮按下后X10变为ONANI指令切断M0。注意原文实验说明里写了停止按钮用常闭开关代替所以这里梯形图里用的是ANI而不是AND如果你在实物上用常开按钮要把这行改成AND X10否则逻辑正好相反。第二段逻辑M0为ON且X1为OFF时传送带运行球到达B点后X1变为ONANI X1断开Y6失电传送带停下。这样设计保证了球停在传感器1位置机械手下降抓球时传送带不会继续往前送。4.3 机械手动作的分支与互锁机械手下降和上升是方向相反的两个动作必须做互锁。下降段和上升段的指令表如下// 下降控制检测到球后下降到下限位停止 LD M0 // 运行标志 AND X1 // 传感器1检测到球到达B点 ANI Y2 // 上升输出互锁防止同时动作 OUT Y0 // 下降电磁阀KM1 // 上升控制下限位或释放完成后上升 LD X2 // 下限位开关SQ1 OR X10 // 释放延时结束标志T1常开 ANI Y0 // 下降输出互锁 OUT Y2 // 上升电磁阀KM3互锁逻辑下降线圈Y0导通时Y2的常闭触点断开上升不可能得电反过来也一样。这只是软件互锁工程上我还会在硬件接触器回路里加KM1和KM3的常闭触点做双重互锁防止接触器触点粘连时电磁阀同时得电。抓球和释放用延时控制。原文要求抓球延时1秒、释放延时1秒对应两条定时器指令// 抓球延时下降到位后夹紧延时1秒 LD X2 // 下限位到位 OUT Y1 // 夹紧电磁阀KM2 OUT T0 // 定时器T0开始计时 K10 // 定时器设定值10×100ms1秒 // T0常开触点用于上升启动 LD T0 // 延时1秒到 OUT Y2 // 上升4.4 大球小球分支的切换逻辑大球和小球的分支切换依据是X4和X5。机械手抓球上升到达上限位SQ2X3后如果X4为ON则进入大球分支右行Y3→ 右限位X6 → 下降Y0→ 下限位X2 → 松开Y5→ 延时1秒 → 上升Y2→ 上限位X3 → 左行Y4→ 左限位X7 → 停止。如果X5为ON则方向相反。这里要特别处理传感器信号在一个周期内不消失的问题。X4或X5在整个机械手动作周期里一直为ON不能直接用它们的常开触点串联到右行或左行输出上否则机械手回到原点时X4或X5还是ON的程序会把右行或左行再次触发。常见做法是加一步“信号记忆”中间继电器只在上升到位瞬间捕获一次X4或X5的状态完成分支选择后立即复位。5. 避坑记录五个真实翻车现场与排查思路5.1 双线圈输出导致Y0状态被覆盖现象机械手下降到位后本应停在原位等抓球但Y0突然断开机械手掉了下去。原因梯形图里Y0被写了两次一条在“检测到球下降”段另一条在“下降到位保持”段。PLC扫描是从上到下执行的第二次扫描到Y0线圈时如果它的条件不满足Y0就被强制复位了。这是原文自己强调的“双线圈输出不可用”原则被违反后的典型表现。解决把Y0改成SET和RST方式控制。下降条件满足时SET Y0下限位到位后RST Y0其他位置不能再直接写Y0线圈。这样不管程序扫描多少遍Y0的状态只由置位和复位决定。5.2 传感器信号不消失导致动作重复现象机械手完成一个周期回到原点后没等下一个球到达又开始自动下降抓球。原因正文明确写了“力敏传感器产生的开关量在一个周期内不会消失”X4或X5一直为ON如果分支切换用了它们的常开触点回到原点后条件又满足了。解决用上升沿指令PLS M10和PLS M11把X4和X5的长信号变成脉冲信号。或者在梯形图里加一个“周期完成”标志M20机械手回到原点时置位M20用M20的常闭触点串联在分支启动条件里下一个球到达时复位M20。5.3 停止按钮按了但机械手还在动现象按下停止按钮后传送带停了但机械手继续执行完下降和抓球动作才停。原因停止逻辑只断开了M0运行标志但机械手当前已经处于某个动作步内比如已经在下降途中这个动作步的转换条件已经满足程序会继续往下执行完整个周期。解决把停止按钮信号X10并联串联进每一个动作步的启动条件里。常见做法是用X10的常闭触点串联M0输出再把M0作为所有步进逻辑的前置条件但要注意步进指令STL/RET的特性——已经激活的步在M0断开后不会自动复位需要额外加一条区间复位指令ZRST把当前激活的步全部复位。5.4 实验用常闭开关代替按钮导致逻辑取反现象按照图纸接好线后没按任何按钮机械手就自己开始动作。原因原文注释写了“输入量SB3、SB4、SB5用常闭开关代替”常闭开关的常开触点在PLC里读到的状态和按钮完全相反。如果梯形图里写的是AND X4实际常闭开关接通时X4为OFF逻辑判断失败但动作反而一直在允许状态。解决做模拟实验前先强制监控输入点状态确认每个开关在“未操作”和“操作”时PLC读到的ON/OFF状态。如果用了常闭开关梯形图里对应的触点类型要改成ANI而不是AND或者把开关换成常开型。5.5 机械手周期时间大于传送带送球间隔现象机械手还在释放球的途中传感器1又检测到球到了X1一直为ON机械手动作顺序全部错乱。原因控制要求里专门加了注释“机械手完成一个周期所用的时间少于另一个球到达传感器1所需的时间”这个条件没满足。传送带速度太快或球间距太小。解决调慢传送带速度或者加一个防重复启动的标志。传感器1检测到球后立即置位M30机械手回到原点时才复位M30M30的常闭触点串联在传送带停止逻辑后面防止机械手未归位时传送带又开始送球。6. 进阶用法用仿真把梯形图变成可信的答辩素材拿到这份资源后最值得做的事不是直接对着文档抄梯形图而是把梯形图在GX Developer或GX Works2里重新敲一遍然后用仿真模式跑完整套流程。三菱的编程软件自带PLC仿真功能不需要真实硬件就能监控输入输出状态。我的做法是先把I/O分配表列成一张Excel表然后新建工程机型选FX2N逐行输入梯形图。输入完后不要急着仿真先把所有输入点强制为OFF再按顺序模拟动作强制X0为ON一次启动观察M0和Y6是否动作强制X1为ON模拟球到达观察Y0下降是否输出强制X2为ON模拟下限位到位观察Y1夹紧和T0定时是否启动强制T0计时结束后观察Y2上升。每一步都要对着顺序功能图核对当前应该激活的步和实际输出的线圈发现不一致就回到梯形图查逻辑。仿真跑通后还有一件事值得做把梯形图导成指令表格式和文档里的程序分析逐段对照标注每一段的转换条件、输出对象和互锁关系。这样答辩时老师问任何一行的作用你都能直接答出“这是大球分支的右行启动条件X4是传感器信号X6是右限位Y3是右行输出Y5互锁防止下降同时动作”这类具体回答而不是笼统地说“这是控制右行的”。电子秤部分的复现也建议做一次标定实验在传感器上放标准砝码记录A/D读数计算线性度。从那以后我每次拿到这类毕业设计都强制自己先做一遍“顺序功能图→I/O分配→梯形图输入→仿真验证”的全流程再回去看文档里的细节调试时间至少省一半。这份资源真正的价值不在答案本身而在于它把传感器、PLC、机械动作三条线串成了一个完整系统照着走一遍比你单独看三本书都管用。希望帮到你。本文还有配套的精品资源点击获取