包装称重值跳得像心跳图，我差点被逼疯
去年接了个活，给一家调味料厂做自动包装秤。就是那种小袋装——一包鸡精50克，要求精度±1克。
当时想，这有啥难的？称重传感器+PLC模拟量模块，十几年的老套路了。结果一上机就傻眼了。
传送带一跑起来，称重值的波动幅度能到±5克。就是啥都不动的情况下，传感器在秤台上放一个50克的砝码，PLC读到的数值在48到52之间横跳。本来是想做定量包装的，你这读数自己都在跳舞，让PLC怎么判断”到了50克就停”？
那两天我盯着电脑屏幕上跳动的数值，眼睛都快看花了。
有没有兄弟遇到过同样的情况？
先排查机械和硬件，别急着写代码
我一开始也想着写滤波程序解决，但老工程师跟我说了一句话我到现在都记着：”软件能解决的问题，硬件上找三天可能就花三分钟解决。”
所以我先停了程序调试，回头看了机械结构和接线。
排查下来发现三个问题：
第一，秤台和传送带之间的减震没做好。传送带电机的振动直接传到了称重传感器上。解决方案：在传感器底座和秤台之间加了橡胶减震垫，传感器到秤台的固定螺丝换成软连接。
第二，称重传感器的信号线和变频器的动力线走同一个桥架。虽然仪表信号是4-20mA的，理论上抗干扰还行，但这种共模干扰还是会有影响。解决方案：信号线单独走管，屏蔽层单端接地。
第三，称重仪表到PLC模拟量模块用的是屏蔽双绞线，但屏蔽层没接到柜内的接地排上——虚接。拧紧之后，干扰小了一半。
这些硬活干完，再上电测，波动从±5克降到了±2.5克左右。好了很多，但还是不满足±1克的精度要求。
这个时候才轮到软件上场。
第一版滤波：滑动平均值，太慢了
我先试了最简单的——滑动平均值滤波。就是连续采N个值，去掉最大最小，剩下的取平均。
在PLC里写了一段：每10ms采一次称重值，缓存到数组里，取16个值的平均值输出。
// 伪代码逻辑
FOR i = 0 TO 14
Weight_Buffer[i] := Weight_Buffer[i+1];
END_FOR
Weight_Buffer[15] := Raw_Weight_AI;
// 去掉最大最小
Sort(Weight_Buffer);
Sum := Sum - Weight_Buffer[0] - Weight_Buffer[15];
Average := Sum / 14;
一跑，信号确实稳了，从±2.5克降到了±1克左右。心里正高兴，接着发现问题了——响应太慢。
你想啊，16个采样，每个10ms，16个值就是一整个扫描周期都在处理这个。从重量变化到PLC检测到，延迟了160ms。对于50克的小包装来说，0.16秒的延迟，料斗可能多放了好几克料进去。结果就是实际装进去的料，比目标值大了不少。
我测了一组数据：设定的停机点是重量≥50.0克就停止加料，但因为滤波延迟，加上机械阀门关闭的响应时间，实际最终重量在52到55克之间。超重了。
改小采样数量？8个？4个？试了试，滤波效果又不行了。
第二版：我换了个思路——一阶低通滤波
跟同行交流的时候，一个做仪表的兄弟跟我说：”你别用滑动平均，试试一阶低通滤波（也叫一阶滞后滤波），做实时控制比滑动平均好用。”
公式很简单：
Y(n) = α × X(n) + (1-α) × Y(n-1)
其中X(n)是当前采样值，Y(n-1)是上一次滤波后的值，α是滤波系数（0到1之间）。α越小，滤波越强但响应越慢；α越大，响应越快但滤波效果弱。
这个算法的好处是——不需要缓存数组，每个扫描周期只做一次乘法和一次加法。PLC算起来飞快，不占内存。
我在PLC里实现了一版：
// 一阶低通滤波 Filtered_Weight := ALPHA * Raw_Weight_AI + (1.0 - ALPHA) * Filtered_Weight_Old; Filtered_Weight_Old := Filtered_Weight;
选了α=0.15，试了一下。稳定性和滑动平均16个值差不多，但延迟从160ms降到了大概20-30ms。效果很不错。
不过我很快又遇到了新问题——这个参数固定的滤波，在产线不同的情况下，效果不一样。
传送带空跑的时候，振动小，滤波效果好。但一上料，特别是大颗粒的物料（鸡精本身就是那种结晶体），称重台上哗啦哗啦往下掉，短时冲击很大。α=0.15时滤波偏强，对突然的冲击反应太慢，加料动作都停不下来。
这时候需要一个能自动调整的滤波策略。
第三版：自适应滤波，搞了个土办法
说实话，自适应滤波的算法论文我看过几篇，什么卡尔曼滤波、什么贝叶斯估计，理论确实漂亮，但让我在S7-1200这种PLC上写卡尔曼滤波，我只想说——大哥们，你们写论文的能不能考虑一下PLC的那点算力？
后来我用了一个土办法，虽然学术上不咋体面，但效果真不赖：
思路就是——根据当前采样值和历史平均值的偏差大小，动态调整滤波系数α。
如果采样值和滤波值的偏差很小（说明信号是平稳的噪音），α设小，重点滤波。
如果偏差突然变大（说明可能是真实的重量变化），α设大，快速跟踪。
代码大概这样：
// 计算偏差
Deviation := ABS(Raw_Weight_AI - Filtered_Weight);
// 根据偏差动态调整α
IF Deviation < 1.0 THEN
ALPHA := 0.10; // 偏差小，强滤波
ELSIF Deviation < 3.0 THEN
ALPHA := 0.25; // 偏差中等，中等滤波
ELSE
ALPHA := 0.60; // 偏差大，快速跟踪（可能是真的重量变化）
END_IF
// 执行滤波
Filtered_Weight := ALPHA * Raw_Weight_AI + (1.0 - ALPHA) * Filtered_Weight_Old;
Filtered_Weight_Old := Filtered_Weight;
这个土办法跑起来，效果出奇的好。稳定时能把波动压在±0.5克以内，加料时的冲击响应也比之前快得多。
我用了100包测试数据对比：
滑动平均滤波（16点）：平均包装重量53.2克，超重率100%，最大偏差+5.8克
一阶低通滤波（α=0.15）：平均包装重量51.5克，超重率72%，最大偏差+3.2克
自适应滤波：平均包装重量50.3克，超重率8%，最大偏差+1.1克
最后一个版本确实满足客户±1克的要求了。
后来我还加了点小技巧
除了上面的滤波策略，还有两个小细节我觉得值得分享一下：
采样时机要选对。我原来每个扫描周期都采样一次，后来发现采集应该和PLC扫描周期同步，而不是在扫描周期里随机采样。我改成在OB1的固定节拍里采，而且不在OB1里做滤波——在定时中断OB里做，采样间隔固定为10ms，这样滤波算法是基于固定时间间隔的，效果比随机采样好得多。
加料过程中区分粗加料和精加料。包装秤通常都是先快速加料到目标值的90%，然后慢速精加。我在精加阶段把滤波系数动态调得更灵敏一些（因为精加阶段容错时间窗口短），而在粗加阶段调得更稳一些。就是根据不同工况切换不同的滤波参数。
总结一下
写这个文章不是为了炫技。说实话，自适应滤波这东西，网上到处都有代码，一点也不稀罕。我写出来是想说：PLC编程里最难的从来不是语法，而是对实际情况的理解。
滤波算法本身不复杂，但你在什么时机采样、采样频率怎么选、滤波参数怎么调、不同工况怎么切换——这些才是真正决定你能不能把称做准的关键。
我见过有兄弟拿到一个振动大的称重项目，二话不说就在PLC里写了一段100个点的滑动平均，结果包装出来的东西全超重，还被客户骂了一顿。他问我怎么回事，我说你把滤波延迟算进去看看——100个点×10ms=1秒延迟，加上阀门响应时间，不超重才怪。
所以做PLC这块，一定要把算法和实际机械响应时间一起考虑，光看滤波曲线好看没用。
你们做称重项目的时候用的什么滤波方法？遇到过什么奇葩问题？欢迎评论区聊聊。