西门子模块6ES7340-1BH02-0AE0技术参数
棉结主要是棉纤维纠缠而成的纤维结，其形成原因分三大类：机械生产产生的棉结、棉籽造成的棉结、白星或者有色棉结。由于其体积微小极易被纱布所抱合和沾附，在整个纺织印染过程中成为难以除掉的疵点，较高含量的棉结将导致纱线中较高的棉结含量，并终影响织物外观[1]，因此在棉花被纺成纱线或织成布前进行棉结检测是非常重要的。
目前，检测棉结所采用的方法主要有以下三种：一是靠人工筛选和统计不同类型棉结和异纤杂质点的数量，劳动强度高；二是使用机械或者离线仪器进行检测，即将棉条或纱线等取样到装置上进行检测，劳动强度高、实时性差、**度低；三是配备在梳棉机上的在线检测棉结装置，该装置采用装有摄像机鉴别梳棉机上棉网中的棉结，**地检测并在显示终端上及时反映出瞬间棉结杂质变化情况，并报告每单位（例如克）生条或纱线中棉结杂质颗粒数，降低了劳动强度、提高了实时性、安装位置灵活。
但是现有的在线棉结检测装置，尤其采用图像采集卡和计算机构成的图像测定装置 [2-5]，不仅结构上不够灵活，而且处理能力也受到计算机和计算机软件环境的限制，使用这种图像测定装置的在线棉结装置，整体上具有结构复杂、售价高、普及率低等缺点，不利于棉纺厂的成本控制。
1 棉结检测原理
中的波长。棉纤维的吸收系数很小，用光照射棉纤维（棉网）时，入射光将部分被纤维表面反射，部分折射透过纤维，部分被纤维吸收，被纤维吸收的那部分又有部分转换为纤维内能，另一部分以散射的形式散发出来，但是比例很小，这样，可以得出如下结论：
1 在棉网检测中，棉纤维在光源照射下主要以反射光为主；
2 对于机械生产产生的棉结，棉结纠缠的程度愈大反射光愈强；
3 如果是非棉纤维杂质，例如棉籽造成的棉结，反射光强很低；
4 白星或者有色棉结，都属于高绝缘、纸吸收系数物质，以反射为主。
，并结合棉结的反射特性，可知光强和面积构成了进行棉结识别的主要特征，本文即结合该特征来设计棉结检测算法程序。
2 检测装置结构设计
结合棉纤维的光电性质，为了突出棉纤维的图像质量，并保证能够很好地被摄像机采集，需要设计合理的光源系统和曝光控制电路。同时根据棉网中棉结或杂质特征（构成模式识别的主要特征）设计的检测算法实现选用了 DSP+FPGA的图像处理硬件架构 [7-9]。为了和现场的控制系统相兼容，添置与常用 PLC进行数据通讯的连接模块。整个系统的组成如下图1。
2.1 光源部分设计光源部分包括曝光控制器和面阵 LED灯板，曝光控制器接收到中央处理单元发出的指令后，控制面阵 LED灯板闪光(或面阵LED灯常亮而不用曝光控制器)。面阵 LED灯板采用漫射均匀照射（根据前面提出的几类棉结中的光反射和投射性质选择使用反射光或投射光）。 2.2 摄像机的选择摄像机可以选择面阵或线阵CCD，这两类 CCD接口中，例如模拟视频、Camera bbbb接口、Gigabi Ethernet 接口，在 DSP+FPGA架构中连接很方便。一般地，对于只需要对棉网进行采样监测的情况，可以选择的模拟面阵摄像机；对于需要实时检测棉网或者高速运动物体的疵点或杂质，甚至需要剔除的场合，就要选用线阵 CCD相机。
2.3 DSP+FPGA硬件架构的设计
本部分主要包括摄像机图像数据采集接口、光源曝光电路控制接口、PLC信号接口以及检测算法的设计。如果需要网络控制，还需要在该架构上设计网络接口。这些功能的实现主要依靠 DSP+FPGA硬件处理架构。
DSP+FPGA架构中 DSP芯片采用美国 TI公司的TMS320DM642，FPGA芯片采用ALERA公司的 EP1K100，EP1K100用来完成 DSP的初始化配置、系统的逻辑控制以及其它辅助计算。TMS320DM642系列 DSP基于 C64X内核，并以其在 600MHz时钟下运算速度可高达每秒 4800百万条指令（MIPS），占有对高速控制器和队列处理器数值性能的操作灵活性。该系列 DSP核处理器有64个32位字长的通用寄存器和8个独立的功能单元，8个功能单元的VelociTI.2扩展包括新的提高视频画面处理性能的指令和 VelociTI结构的并行处理机制的扩充。 DM642可以每周期处理 4个 32位的积之和运算，每秒即可有 2400百万积之和（MMACS）运算，或者是每周期 8个8位的积之和运算即每秒 4800百万积之和（MMACS）运算。同时 TMS320DM642使用两级基于缓存的结构，可以配置为映射存储区、缓冲区，或者两者的结合。以上所述特点，为检测算法的编程实现提供了有力保证。
TMS320DM642的外设部件包括：3个可配置的视频口；1个 10/100Mb/s以太网；1个数据输入输出管理模块；1个 VCXO内插控制接口（VIC）；1个多路音频串口（McASP0）；一个I2C总线模块；2个多通道缓冲串口；3个 32位的通用定时器；1个用户可配置的 16位或32位主机接口（HPI16/HPI32）；1个外围部件接口（PCI）；1个 16管脚的中断和事件产生模式可编程的通用 I/O口；1个 64位的无缝连接的外部存储器接口（EMIFA），可以连接同步或者异步的存储器和外设。对于模拟视频接口的相机提供了无缝接口，如果需要连接Camera bbbb接口的相机，可以扩展数字接口。
2.4 PLC接口设计
在工业现场，PLC装置通常采用 24VDC电压供电，而 DSP及FPGA供电电压都在 5VDC以内，为了和现场原有主机上的信号报警、信息显示终端及控制信号形成控制回路，必须设计PLC接口电路，使从DSP输出的信号经过信号转换后能与原有PLC装置相连。
3 数据分析结果
该装置加装在梳棉机上拍摄图2，图中左侧使用模拟面阵摄像机拍摄得棉网图片（择取图片中的部分，便于放大显示），右侧为检测到的棉结并且使用红色标记。
该装置在实验台上拍摄图3，图中左图使用模拟面阵摄像机拍摄得棉网图片（择取图片中的部分，便于放大显示），右图为检测到的棉结并且使用红色标记。
通过 DSP的可编程 I/O发送棉结个数的二进制编号，通过转换电路，输送到 PLC，便于在实际工厂中的集中控制和联网控制。
4 结论
本文作者创新点：结合针对棉纤维光电性能的软件检测算法，选用基于 DSP+FPGA硬件架构的图像处理方式，设计了光源系统；结合工业现场设计了 PLC接口电路，既实现了针对高速棉网的在线检测，又保证了与设备上现有的控制系统相兼容。设计出的系统不仅运算速度快，而且通用性强、适合模块化，同时还具有灵活的硬件接口和强大的数据处理能力，可以配用多种廉价摄像机，大大降低了硬件成本。
辅助继电器是PLC中数量多的一种继电器，一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。
辅助继电器不能直接驱动外部负载，负载只能由输出继电器的外部触点驱动。辅助继电器的常开与常闭触点在PLC内部编程时可无限次使用。
辅助继电器采用M与十进制数共同组成编号（只有输入输出继电器才用八进制数）。
1．通用辅助继电器（M0～M499）
FX2N系列共有500点通用辅助继电器。通用辅助继电器在PLC运行时，如果电源突然断电，则全部线圈均OFF。当电源再次接通时，除了因外部输入信号而变为ON的以外，其余的仍将保持OFF状态，它们没有断电保护功能。通用辅助继电器常在逻辑运算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。
根据需要可通过程序设定，将M0～M499变为断电保持辅助继电器。
2．断电保持辅助继电器（M500～M3071）
FX2N系列有M500～M3071共2572个断电保持辅助继电器。它与普通辅助继电器不同的是具有断电保护功能，即能记忆电源中断瞬时的状态，并在重新通电后再现其状态。它之所以能在电源断电时保持其原有的状态，是因为电源中断时用PLC中的锂电池保持它们映像寄存器中的内容。其中M500～M1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。
下面通过小车往复运动控制来说明断电保持辅助继电器的应用，如图1所示。
图1 断电保持辅助继电器的作用
小车的正反向运动中，用M600、M601控制输出继电器驱动小车运动。X1、X0为限位输入信号。运行的过程是X0= ON→M600=ON→Y0=ON→小车右行→停电→小车中途停止→上电（M600=ON→Y0=ON）再右行→X1=ON→M600=OFF、M601=ON→Y1=ON（左行）。可见由于M600和M601具有断电保持，所以在小车中途因停电停止后，一旦电源恢复，M600或M601仍记忆原来的状态，将由它们控制相应输出继电器，小车继续原方向运动。若不用断电保护辅助继电器当小车中途断电后，再次得电小车也不能运动。
3．特殊辅助继电器
PLC内有大量的特殊辅助继电器，它们都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256个特殊辅助继电器，可分成触点型和线圈型两大类
（1）触点型 其线圈由PLC自动驱动，用户只可使用其触点。例如：
M8000：运行监视器（在PLC运行中接通），M8001与M8000相反逻辑。
M8002：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通），M8003与M8002相反逻辑。
M8011、M8012、M8013和M8014分别是产生10ms、100ms 、1s和1min时钟脉冲的特殊辅助继电器。
M8000、M8002、M8012的波形图如图2所示。
图2 M8000、M8002、M8012波形图
（2）线圈型 由用户程序驱动线圈后PLC执行特定的动作。例如：
M8033：若使其线圈得电，则PLC停止时保持输出映象存储器和数据寄存器内容。
M8034：若使其线圈得电，则将PLC的输出全部禁止。
M8039：若使其线圈得电，则PLC按D8039中指定的扫描时间工作。
四、状态器（S）
状态器用来纪录系统运行中的状态。是编制顺序控制程序的重要编程元件，它与后述的步进顺控指令STL配合应用。
如图3-6所示，我们用机械手动作简单介绍状态器S的作用。当启动信号X0有效时，机械手下降，到下降限位X1开始夹紧工件，加紧到位信号X2为ON时，机械手上升到上限X3则停止。整个过程可分为三步，每一步都用一个状态器S20、S21、S22记录。每个状态器都有各自的置位和复位信号（如S21由X1置位，X2复位），并有各自要做的操作（驱动Y0、Y1、Y2）。从启动开始由上至下随着状态动作的转移，下一状态动作则上面状态自动返回原状。这样使每一步的工作互不干扰，不必考虑不同步之间元件的互锁，使设计清晰简洁。
图3 状态器（S）的作用
状态器有五种类型：初始状态器S0～S9共10点；回零状态器S10～S19共10点；通用状态器S20～S499共480点；具有状态断电保持的状态器有S500～S899，共400点；供报警用的状态器（可用作外部故障诊断输出）S900～S999共100点。
在使用用状态器时应注意：
1）状态器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；
2）状态器不与步进顺控指令STL配合使用时，可作为辅助继电器M使用；
3）FX2N系列PLC可通过程序设定将S0～S499设置为有断电保持功能的状态器。
(1) S7-200在扫描循环中完成一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。S7-200的工作过程如图4所示。在一个扫描周期中，S7-200主要执行下列五个部分的操作：
（Ⅰ）读输入：S7-200从输入单元读取输入状态，并存入输入映像寄存器中。
（Ⅱ）执行程序：CPU根据这些输入信号控制相应逻辑，当程序执行时刷新相关数据。程序执行后，S7-200将程序逻辑结果写到输出映像寄存器中。
（Ⅲ）处理通讯请求：S7-200执行通讯处理。
（Ⅳ）执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储
器和扩展模块是否工作正常
（Ⅴ）写输出：在程序结束时，S7-200将数据从输出映像寄存器中写入把输出锁存器，后复制到物理输出点，驱动外部负载。
（2）、S7-200 CPU的工作模式
S7-200有两种操作模式：停止模式和运行模式。CPU面板上的LED状态灯可以显示当前的操作模式。
在停止模式下，S7--200不执行程序，您可以下载程序和CPU组态。在运行模式下，S7-200将运行程序。
S7-200提供一个方式开关来改变操作模式。您可以用方式开关（位于S7-200前盖下面）手动选择操作模式：当方式开关拨在停止模式，停止程序执行；当方式开关拨在运行模式，启动程序的执行；也可以将方式开关拨在TERM（终端）（暂态）模式，允许通过编程软件来切换CPU的工作模式，即停止模式或运行模式。
如果方式开关打在STOP或者TERM模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会自动进入STOP模式。如果方式开关打在RUN模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会进入RUN模式。