Устройство для определения наличия металла

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное. к авт. свид-ву 9728951 (22) Заявлено 110779 (21) 2794540/22-02 f$$) М. Rgl.з с присоединением заявки ¹â€”

В 21 В 37/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритета

Опубликовано 070382. Бюллетень ¹ 9

t $3) УДК 621 . 771. .012:621.317(088.8) Дата опубликования описания 070382 (72) Авторы изббретени я

Б.А.Орлов, Э.A.Ooèíní и О.A.Håðåçoâñ ий

; i т

Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда ЩСС (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ МЕТАЛЛА

Устройство предназначено для определения наличия или отсутствия металла в валках реверсивного обжимного или балочного стана, используется при управлении и контроле процессом прокатки на реверсивных станах.

По основному авт.св. Р 728951 известно устройство для определения наличия или отсутствия металла в валках реверсивного обжимного или балочного стана, используемое при управлении и контроле процессом прокатки на реверсивных станах.

Это устройство содержит схему сравнения отсчетов, схему сравнения с порогом, запоминающее устройство, сдвигатель, схему выделения первого импульса, шины сдвига и сброса информации, схему управления режимами, состоящую иэ триггера режима, трех схем ИЛИ и двух схем И,причем входы схемы управления чтением и записью соединены с клеммами подачи сигнала от аналогово-цифрового преобразователя и от генератора синхроимпульсов, с выходом запоминающего устройства и выходом схемы сравнения отсчетов, а выходы соединены с входом схемы сравнения отсчетов, с входом схемы сравнения с порогом и входами запоминающего устройствЬ;входы схемы сравнения отсчетов соединены с клеммой подачи сигналов от аналогово-цифрового преобразователя и выходом схемы управления чтением и записью, а выходы соединены с входом схемы сравнения с порогом и выходом схемы управления чтением и записью, входы схемы сравнения с порогом соединены с выходом схемы управления чтением и записью и выходом схемы сравнения отсчетов, а выходы соединены с выходными клеммами устройства, входы запоминающего устройства соединены с шинами сдвига и сброса информации и двумя выходами схемы управления чтением и записью, а выход соединен с входом схемы управления чтейием и записью, входы схемы выделения первого импульса соединены с одной из клемм подачи сигналов от генератора синхроимпульсов и с шиной сдвига информации, а выход соединен с входом сдвигателя, второй вход которого соединен с шиной сдвига информации, выходы сдвигателя соединены с входами элементов памяти запоминающего устройства, один из выходов триггера режима соединен с входом схемы управ30 ления чтением и записью, второй выход

910249

30 где я 0 (Я „ ) 6 шиной 17 сдвига информации и выходом триггера режима соединен с входом схемы управления чтением и записью, шиной сброса информации, входом схемы сравнения с порогом, входом первой схемы И и через вторую схему

И вЂ” с шиной сдвига информации,нторой вход первой схемы И соединен с выходом схемы управления чтением и записью, а второй вход второй схемы И соединен с выходом первой схемы ИЛИ, входы которой соединены с выходами !О схемы управления чтением и записью и схемы сравнения отсчетов соответственно, первый вход триггера режима соединен с выходом второй схемы

ИЛИ, один из входов которой. соединен 15 с выходом схемы сравнения с порегом, а второй соединен с выходом первой схемы И, второй вход триггера режима соединен с выходом третьей схемы

ИЛИ, один из нходов которой соединен с выходом схемы сравнения с порогом, а второй соединен с клеммой подачи сигнала от внешнего устройства (1).

Описанное устройство реализует непараметрический ранговый двухныбо- 25 рочный критерий Вилконсона для обнаружения полезного сигнала нагрузки на клеть в аддитинной смеси его с шумом. Согласно этому критерию рассчитывается следующее выражение". чю TH

u (-е „- х. ) „ ь (1)

=А где а., — элементы обучающей выборки;

z — элементы проверяемой вы1 борки;

rn — размер обучающей выборки1 и — размер проверяемой ныборки;

u() — функция единичного скачка, указанйое устройство ныдает сигнал решения (наличия или отсутствия 40 металла в валках) после сравнения значения S с порогом один раз за и тактов, таким образом имеется запаздывание по сравнению с моментом появления полезного сигнала в проверяе-45 мой выборке. Это запаздывание определяется следующим образом. Момент z, появления полезного сигнала в выборке размера является случайной неличиной и распределен равномерно с плотностью p(Z) = + . Б соответствии с критерием Вилкоксона в выборке изб элементов для обнаружения необходимо наличие (0,4п — 0,7п) элементон, относящихся к смеси полезного сигнала с шумом.

Здесь )al означает целую часть ,от о.. Тогда запаздывание обнаружения полезного сигнала по сравнению с моментом его появления Z будет равно ц = Е q(o, п — О,jr ). Математическое ожидание запаздывания равно и

g() = Е „z-„(04п о/п1 = д " оаэи-О/и) =Гоя-я ) Таким образом, в среднем запаздывание составляет (0,9п — 1,2п)от размера проверяемой ныборки.

Целью изобретения является сокращение времени запаздывания выдачи решения о наличии или отсутствии металла в валках.

Это достигается тем, что устройство для определения наличия металла снабжено дополнительным сдвигающим запоминающим устройством проверяемой выборки на и слов по гп разрядов и шинами записи, чтения и сдвига информации, причем входы дополнительного запоминающего устройства шинами записи и сдвига информации соединены с выходами схемы управления чтением и записью, а также с шиной сброса информации, а выходы соединены шиной чтения информации-с входом схемы управления чтением и записью.

Введение дополнительного запоминающего устройства проверяемой выборки позволит: организовать хранение элементов проверяемой выборки,осуществлять поэлементно обновление проверяемой выборки на каждом шаге получения новых результатов измерений сигнала нагрузки на клеть путем сдвига элементон в дополнительном запоминающем устройстве и производить расчет суммы рангов согласно выражению (1) и сравнение ее с поро.гом на каждом шаге получения результатов измерений. В этом случае запаздывание выдачи решения сокращается до величины порядка (0,4п -0,7n ), где и — размер проверяемой выборки, т.е. величины запаздывания самого метода, определяющего необходимость для обнаружения наличия в выборке из и элементов (0,4л -0,7 n ) элементов, относящихся к смеси полезного сигнала с шумом.

На чертеже приведена структурная схема предложенного устройства. устройство содержит сдвигатель 1, матричное сдвигающее запоминающее устройство 2 обучающей выборки, схему

3 выделения первого импульса, схему управления режимами, состоящую из триггера 4 режима, схем ИЛИ 5,6 и 7, схеМы И 8 и 9, схему 10 управления чтением и записью, схему 11 сравнения отсчетов, схему 12 сравнения с порогом, шины 13 чтения, 14 записи и 15 управления запоминающего устройства 2, матричное сдвигающее запоминающее устройство 16 проверяемой выборки, шину 17 сдвига информации в запоминающем устройстве 2, шину 18 сдвига информации в запоминающем устройстве 16, шину 19 чтения, шину

20 записи,,шину 21 сброса информацйи, общую для запоминающих устройств

2 и 16.

Входы сднигателя 1 соединены с

910249 схемы 3 выделения первого импульса, выходы сдвигателя соединены с входами элементов памяти запоминающего устройства 2, входы каждого из которых соединены также с шинами 17 и 21 сдвига и сброса информации соответственно и с шинами 13,14,15 чтения,за; писи и управления.

Входы схемы 3 выделения первого импульса соединены с входной клеммой

22 подачи сигнала от генератора синхроимпульсов и шиной 17 сдвига информации, а выход соединен с входом сдвигателя .1.

Входы триггера 4 режима через схемы ИЛИ 5 и б и схему И 9 соединены с выходами схемы 10 управления чте- 15 нием и записью и схемы 12 сравнения с порогом, а также с выходной клеммой 23 подачи сигнала от внешнего устройства.

Выходы триггера 4 режима соедине- Щ ны с входами схемы 10 управления . чтением и записью и схемы 12 сравнения с порогом, с шиной 21 сброса информации, входом схемы И 9 и через схему И 8 — c шиной 17 сдвига инфор- р

Мации.

Входы схемы 10 управления чтением и записью соединены с выходами триггера 4 режима, входной клеммой 24 подачи сигнала от аналого-цифрового преобразователя, входными клеммами

22 и 25 подачи сигналов от генератора синхроимпульсов, выходом схемы 11 сравнения отсчетов, шиной 13 чтения и шиной 19 чтения.

Выходы схемы 10 управления чтением и записью соединены с шиной 14 записи, шиной 15 управления, шиной

20 записи, шиной.18 сдвига информации, входом схемы 11 сравнения,входом схемы 12 сравнения с порогом, 40 входом схемы И 9 и через схему ИЛИ

7 и схему И 8 - с шиной 17 сдвига информации.

Входы схемы ll сравнения отсчетов щ соединены с одним из выходов схемы

10 управления чтением и записью и входной клеммой 24, а выходы соединены с входами схемы 12 сравнения с порогом, с одним из входов схемы 10 у управления чтением и записью и через схемы ИЛИ 7 и схему И 8 - с шиной 17 сдвига информации.

Входы схемы 12 сравнения с порогом соединены с одним из выходов схемы 10 управления чтением и записью, выходом схемы 11 сравнения отсчетов и выходом триггера 4 режима, а вы» ходы соединены с выходными клеммами

26 и 27 и входами схем ИЛИ 5 и б.

Входы за*оминающего устройства 60

16 проверяемой выборки соединены шиной 20 записи и шиной 18 сдвига информации с выходами схемы 10 управления чтением и записью и с шиной 21 сброса информации, а выходы шиной 19 65 чтения соединены с входом схемы 10

Управления чтением и зап-осью

Работа устройства для определения наличия металла в валках основана на реализации непараметрического двухвыборочного рангового критерия Вилконсона проверки гипотезы -о сдвиге сигнала. Согласно этому критерию йеобходимо запоминание обучающей и проверяемой выборок результатов измерений сигнала датчика нагрузки на клеть, построение вариационного ряда их, подсчет суммы рангов одной из выборок в общем вариационном ряду в соответствии с выражением (1) и сравнением суммы рангов с порогом. Обучающая выборка обычно принадлежит- к чисто шумовой реализации сигнала.

При превышении порога выдается решение Нет отсутствия полезного сигнала датчика нагрузки в смеси . его с шумом, в противном случае выдается решение Да наличия полезного сигнала датчика нагрузки. С целью повышения быстродействия устройства (без снижения эффективности обнаружения сигнала) в предложенном изобретении построение вариационного ряда выборки и подсчет суммы рангов происходит в темпе поступления информации. При этом запоминаются обучающая и проверяемая выборки,ранжируется только обучающая выборка.

B режиме обучения, когда нет металла в валках, осуществляется запоминание элементов обучаемой выборки в матричном запоминающем устройстве обучающей выборки в ранжированном порядке. При поступлении очередного элемента обучающей выборки он сравнивается по величине с уже запомненными . Сравнение происходит до нахождения элемента, большего по величине, чем поступивший. После этого часть массива элементов обучающей выборки, начиная с первого элемента, сдвигается на 1 адрес в направлении увеличения адреса. Если поступивший элемент больше всех уже запомненных, он записывается эа самым старшим элементом. Процесс ранжировки продолжается до заполнения всех элементов памяти запоминающего устройства обучающей выборки.

Одновременно элементы обучающей выборки запоминаются и в запоминающем устройстве проверяемой выборки в порядке поступления,при этом предварительно вся информация сдвигается на

1 адрес в сторону увеличения адреса, и каждый вновь поступающий элемент запоминается по первому адресу.

После этого начинается цикл (режим) обнаружения.

Каждый вновь поступающий элемент проверяемой выборки запоминается в запоминающем устройстве проверяемой выборки в порядке поступления, как описано выше.

910249

Все элементы, запомненные в запо мннающем устройстве проверяемой выборки, сравниваются последовательно с запомне:- ными элементами обучающей выборки, начиная со старшего. Сравнение осуществляется до первого эле- 5 мента обучающей выборки, меньшего элемента из проверяемой выборки. При этом по каждому сравнению, давшему результат Больше к числу,определяющему сумму рангов, добавляется еди10 ница. Затем производится сравнение накопленной суммы рангов с пороговой величиной. При превышении порога выдается признак Нет отсутствия сигнала, в противном случае выдается признак Да наличия си нала, -при этом признак Да запоминается.Переход в режим обучения происходит прн получ«нии подряд i признаков Нет и наличия запомненного признака Да или при поступлении внешнего сигнала на обучение.

Взаимодействие элементов устройства происхоцит следующим образом.

При включении устройства или подаче си."нала от внешнего устройства на клемму 23 устанавливается режим сбучения. Синхронизация всех операций ос. ществляется по сигналам ге>

30 нератооа сннхроимпульсов,вь|дающего две серии импульсов СИ1 и СИ2,кото рые поступают -=. клеммы 22 и 25 и далее — на входы схемы 10 управления чтением и записью и вход схемы 3 выделения IeT:вого импульса. Поступаю- 35 щие от аналогово-цифрового преобра="îÿàòeëя на. клемлу 24 и на вход схе.лы 10 управления чтением и записью элементы обучающей выборки запоминаются последовательно в запоминающем 40 устройстве 16 проверяемой выборки, а также сравниваются последовательно, начиная с младшего адреса, с запомненными в запоминающем устройстве

2 обу:ающей выборки числами. При на- 45 хождении числа большего, чем посту пившее, схема 11 сравнения отсчетов выдает сигнал Больше, который через схему И 8, открытую режимом Обучение, поступает по шине 17 сдвига информации в цепи сдвига информации. Информация в запоминающем устройстве 2, начиная с адреса, в котором находилось первое число,большее поступившего, сдвигается на 1 адрес в сторону увеличения адреса. 5

Определение части массива, подлежащей сдвигу, производится с помощью сдвигателя 1.

В исходном состоянии при отсутствии единиц во всех разрядах сдвига- Ь теля 1 открыты все цепи сдвига. По каждому синхроимпульсу СИ1 происходит сдвиг содержимого сдвигателя на

1 разряд, и в освободившийся младший разряд заносится единица. Ь

Наличие единицы в разряде сдвигателя 1 означает запрещение сдвига информации в группе элементов памяти обучаемои выборки, составляющих один адрес и подключенных к данному разряду сдвигателя, что достигается подачей запрещающего уровня в цепи сдвига данного адреса.

В начале цикла сравнений происходит выделение первого импульса, что обеспечивает отставание продвижения запрещающих уровней на 1 адрес.Первое поступившее с аналого-цифровогo преобразователя число сравнивается с нулевым значением первого адреса запоминающего устройства 2, поэтому сигнал больше вырабатывается по первому импульсу, и поступившее число записывается в первый адрес. По синхроимпульсу СИ2 происходит также сдвиг информации в запоминающем ус,тройстве 16 проверяемой выборки на

1 адрес в сторону старших адресов и запись поступившего элемента обучающей выборки в первый адрес. При запоминании всех элементов памяти за.поминающего устройства 2 обучающей выборки схема 10 управления чтением и записью выдает импульс, который через открытую режимом обучение схему И 9 и схему ИЛИ 5 перебрасывает триггер 4 режима, устройство переходит в режим обнаружения.

В режиме обнаружения схема И 8 закрыта, сдвиги информации в запоминающем устройстве 2 обучающей выборки не производятся.

Числа, принимаемые с АЦП по каждому синхроимпульсу СИ2,запоминаются в запоминающем устройстве 16 проверяемой выборки, при этом предварительно вся информация сдвигается на 1 адрес в сторону старших адресов и каждое вновь поступившее число заносится в первый адрес.Это осуществляется с помощью схемы управления чтением и записью

Затем по каждому синхроимпульсу

СИ1 все числа, записанные в запоминающем устройстве 16 проверяемой выборки, сравниваются с числами,записанными в запоминающем устройстве 2 обучающей выборки, начиная со старшего адреса последнего. Сравнение происходит в схеме 11 сравнения отсчетов. Коли число проверяемой выборки меньше числа обучаемой выборки, схема 11 формирует сигнал Меньше,который поступает на схему 12 сравнения с порогом, где по каждому сигналу Меньше добавляется единица к сумО ме рангов. По первому сигналу Больше схема 10 управления чтением и записью возвращается в исходное состояние, т.е. подготовки чтения старшего адреса запоминающего устройст5 ва 2. Следующее число проверяемой

910249

Формула изобретения

30 выборки снова сравнивается с числами обучающей выборки, начиная со старшего адреса. После обработки последнего числа схема 10 управления чтением и записью выдает в схему 12 сравнения с порогом импульс, с поступлением которого в схеме 12 происходит сравнение накопленной суммы рангов с порогом.

Если сумма меньше порога, выдает- 10 ся сигнал Да, что свидетельству- ет о наличии полезного сигнала. При превышении порога выдается сигнал Нет,соотетствующий отсутствию полезного сигнала. Сигнал Да через схему ИЛИ 5 подтверждает состояние триггера 4 в режиме обнаружения.

После получения-и сигналов Нет, следующих за сигналом Да, схема

12 сравнения с порогом через схему

ИЛИ 6 выдает сигнал, перебрасывающий триггер 4 режима, устройство переходит в режим обучения. Передний фронт сигнала Обучение с триггера 4 по шине 21 сброса информации подается на сбросовые входы всех элементов памяти запоминающего устройства 2 к запоминающего устройства.16, сбрасывая таким образом все разряды матриц в ноль.

B связи с введением дополнительного запоминающего устройства проверяемой выборки описываемое устройство осуществляет обнаружение полезного сигнала нагрузки на клеть в смеси его с шумом на каждом шаге получения результатов измерения сигнала, тем самым сокращая время запаздывания выдачи решения о наличии или отсутствии металла в валках с величины порядКа (0,9и -1,2 ) до величины (0,4и -0,7n)l, где и — размер нроверяемой выборки.

Устройство для определения наличия металла по авт.св.9728951,о т л и ч аю щ е е с я тем,.что, с целью сокращения времени запаздывания выдачи. решения о наличии или отсутствии металла в валках, оно снабжено дополнительным сдвигающим запоминающим устройством и шинами записи, чтения и сдвига информации, причем входы дополнительного запоминающего устройства шинами записи и сдвига информации соединены с выходами схемы управления чтением и записью, а также с шиной сброса информации, а выходы соединены шиной чтения информации с входом схемы управления чтением и записью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

9 728951, кл. В 21 В 37/00, 1978 (прототип) .

910249

Я7ЖГ7

Рюэ

Составитель А.Абросимов

Редактор С.Титова Техред А. Ац КорРектоР А.дзятко

Закаэ 957/б Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, уЛ.Проектная, 4