Устройство для определения наличия металла

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик р 11910249(61) Дополнительное к авт. свид-ву Р 728951 (22) Заявлено 11,0779 (21) 2794540/22-02 с присоединением заявки Й 9 -Р 11,М. Кп.з В 21 В 37/00 осударственный комитет СССР но делам изобретений и открытий. 012 т 621. 317 (088,8) Дата опубликования описания 070382(72) Авторы изббретения Б.А.Орлов, Э,А.Осинин и О.А.Березово ий ГКиевский институт автоматики им. ХХУ съезд ЩСС(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;входысхемы сравнения отсчетов соединеныс клеммой подачи сигналов от аналогово-цифрового преобразователя и выходом схемы управления чтением и записью, а выходы соединены с входом схем мы сравнения с порогом и выходом схемы управления чтением и записью, входысхемы сравнвния с порогом соединены свыходом схемы управления чтением изаписью и выходом схемы сравнения отсчетов, а выходы соединены с выходными клеммами устройства, входы запоминающего устройства соединены сшинами сдвига и сброса информации идвумя выходами схемы управления чтением и записью, а выход соединен свходом схемы управления чтейием изаписью, входы схемы выделения первого импульса соединены с одной изклемм подачи сигналов от генераторасинхроимпульсов и с шиной сдвига информации, а выход соединен с входомсдвигателя, второй вход которого 25 соединен с шиной сдвига информации,выходы сдвигателя соединены с входамиэлементов памяти запоминающего устройства, один из выходов триггерарежима соединен с входом схемы управ" 30 лвния чтением и записью, второй выход30 где я й (Я65 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 - с шиной сдвига информации, второй 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 входов которой соединен с выходом схемы сравнения с порогом, а второй соединен с клеммой подачи сигнала от внешнего устройства (1).Описанное устройство реализует непараметрический ранговый двухвыбо рочный критерий Вилконсона для обнаружения полезного сигнала нагрузки на клеть в аддитивной смеси его с шумом. Согласно этому критерию рассчитывается следующее выражение". чю 1 П5=,ц(-,". )"(1)гп 1 м,( щАгде а., - элементы обучающей выборки;ж - элементы проверяемой выборки;35п - размер обучающей выборки 1и - размер проверяемой выборки;ц(ж) - Функция единичного скачка,указанйое устройство выдает сигнал решения ( наличия или отсутствия 40 металла в валках) после сравнения значения Б с порогом один раз за и тактов, таким образом имеется запаздывание по сравнению с моментом появления полезного сигнала в проверяемой выборке. Это запаздывание определяется следующим образом. Момент Я появления полезного сигнала в выборке размера о является случайной величиной и распределен равномерно с плотностью р(Ц = + , Б соответствии с критерием Вилкоксона в выбор" ке из а элементов для обнаружения необходимо наличие (0,4 п - 0,7 п) элементов, относящихся к смеси полезного сигнала с шумом.Здесь о.1 означает целую часть ,от о Тогда запаздывание обнаружения полезного сигнала цпо сравнению с моментом его появления Х будет равно ц = Е (о 1 п - 0,7 г ), Математи ческое ожидание запаздывания равнооР(ф=.Е и Я(о -оУ 1 =" - ГоМ-ОЯ . - .Го 9-,Д) Таким образом, в среднем запаздывание составляет (0,9 п - 1,2 п 1 от размера проверяемой выборки. 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 о слов по щ разрядов и шинами записи, чтения и сдвига информации, причем входы дополнительного запоминающего устройства шинами записи и сДвига информации соединены с выходами схемы управлениячтением и записью, а также с шинойсброса информации, а выходы соединены шиной чтения информации.с входом схемы управления чтением и записью. Введение дополнительного запоминающего устройства проверяемой выборки позволит. организовать хранениеэлементов проверяемой выборки,осуществлять поэлементно обновлениепроверяемой выборки на каждом шагеполучения новых результатов измерений сигнала нагрузки на клеть путемсдвига элементов в дополнительномзапоминающем устройстве и производить расчет суммы рангов согласновыражению (1) и сравнение ее с поро.гом на каждом шаге получения результатов измерений, В этом случае запаздывание выдачи решения сокращается до величины порядка (0,4 д -0,7 а ), где й - размер проверяемой выборки, т.е. величины запаздывания самого метода, определяющего необходимость для обнаружения наличия в выборке из и элементов (0,4 л -0,7 о ) 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, схемууправления режимами, состоящую изтриггера 4 режима, схем ИЛИ 5,6 и 7,схемы И 8 и 9, схему 10 управлениячтением и записью, схему 11 сравнения отсчетов, схему 12 сравнения спорогом, шины 13 чтения, 14 записи и 15 управления запоминающего устройства 2, матричное сдвигающее запоминающее устройство 16 проверяемой выборки, шину 17 сдвига информации взапоминающем устройстве 2, шину 18сдвига информации в запоминающемустройстве 16, шину 19 чтения, шину20 записишину 21 сброса информацйи, общую для запоминающих устройств2 и 16.Входы сдвигателя 1 соединены ссхемы 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 информациисоответственно 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 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 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 - с 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 генерато" ра 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 11 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 Ь - 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 6.Входы заоминающего устройства 40 1 б 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 двух- выборочного рангового критерия Вилконсона проверки гипотезы о сдвиге сигнала. Согласно этому критерию необходимо 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. Обучаю" щая 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 полез" ного синала 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.В режиме обучения, когда нет металла в валках, осуществляется запоминание элементов обучаемой выборки в матричном запоминающем устройстве обучающей выборки в ранжированном порядке. При поступлении очеред" ного 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.Все элементы, запомненные в запо мннающем устройстве проверяемой выборки, сравниваются последовательно с запомне:-1 ными элементами обучающей выборки, начиная со старшего. Сравнение осуществляется до первого эле мента обучающей выборки, меньшего элемента из проверяемой выборки. При этом по каждому сравнению, давшему результат Больше к числу,определяющему сумму рангов, добавляется еди 10 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 сигнала, .при этом признак Да запоминается.Переход в режим Обучения происходит прн получ 11 ии подряд и признакОВ Нет и наличия запомненного признака Да или при поступлении внешнего сигнала на Обу ение. Взаимодействие элементов устройства про;схоцит следующим образом.При включении. устройства или подаче си."нала От внешнего устройствана клемму ".3 устанавливается режимОбучения. Синхронизация всех операций осуществляется по сигналам генератооа .;пнхроимпульсов,вь 1 дающегодве серии импульсов СИ 1 и СИ 2,кото рые поступают-" клеммы 22 и 25 и далее - на входы схемы 10 управления чтением и записью и вход схемы 3выделения первого импульса. Поступаю щие от аналогово-цифрового преобразователя на клемлу 24 и на вход схемы 10 управления чтением и записьюэлементы обучаюк 1 ей выборки запоминаются последовательно в запоминающем 40устройстве 16 проверяемой выборки,а также сравниваются последовательно,начиная с младшего адреса, с запомненными в запоминающем устройстве2 обучающей выборки числами. При нахождении числа большего, чем поступившее, схема 11 сравнения отсчетоввыдает сигнал Больше, которыйчерез схему И 8, открытую режимомОбучение, поступает по шине 17сдвига информации в цепи сдвига информации. Информация в запоминающемустройстве 2, начиная с адреса, вкотором находилось первое число,большее поступившего, сдвигается йа 1адрес в сторону увеличения адреса. 55Определение части массива, подлежащейсдвигу, производится с помощью сдвигателя 1В исходном состоянии при отсутствии единиц во всех разрядах сдвигателя 1 открыты все цепи сдвига. Покаждому синхроимпульсу СИ 1 происходит сдвиг содержимого сдвигателя на1 разряд, и в освободившийся младший разряд заносится единица. 65 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.Б начале цикла сравнений происходит выделение первого импульса, что обеспечивает отставание продвижения запрещающих уровней на 1 адрес,Первое поступившее с аналого-циФрового 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 СИ 2 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 чтени" ем 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.Б режиме обнаружения схема И 8 закрыта, сдвиги информации в запоминающем устройстве 2 обучающей выборки не производятся.Числа, принимаемые с АЦП по каждому синхроимпульсу СИ 2,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 СИ 1 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 происходитв схеме 11 сравнения отсчетов. Количисло проверяемой выборки меньше числа обучаемой выборки, схема 11 Формирует сигнал Меньше,который поступает на схему 12 сравнения с порогом, где по каждому сигналу Меньшедобавляется единица к сумме рангов. По первому сигналу Больше схема 10 управления чтением и записью возвращается в исходное состояние, т.е. подготовки чтения старшего адреса запоминающего устройства 2. Следующее число проверяемой910249 формула изобретения 30 выборки снова сравнивается с числами обучающей выборки, начиная со старшего адреса. После обработки последнего числа схема 10 управлениячтением и записью выдает в схему 12сравнения с порогом импульс, с поступлением которого в схеме 12 происходит сравнение накопленной суммырангов с порогом. Если сумма меньше порога, выдает ся сигнал "фДа, что свидетельству" ет о наличии полезного сигнала. При превышении порога выдается сигнал Нет,соотетствующий отсутствию полезного сигнала. Сигнал Дачерез схему ИЛИ 5 подтверждает состояние триггера 4 в режиме обнаружения. После получения и сигналов Нет, следующих за сигналом Даф, схема 12 сравнения с порогом через схему ИЛИ б выдает сигнал, перебрасывающий триггер 4 режима, устройство переходит в режим обучения. Передний фронт сигнала Обучение 1 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.В 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 (0,9 и -1,2 ) до величины (0,4 и -0,7 а), где и - размер проверяемой выборки. Устройство для определения наличияметалла по авт.св.9728951,о т л и ч аю щ е е с я тем,.что, с целью сокра-.щения времени запаздывания выдачи,решения о наличии или отсутствии металла в валках, оно снабжено дополнительным сдвигающим запоминающимустройством й шинами записи, чтенияи сдвига информации, причем входыдополнительного запоминающего устройства шинами записи и сдвига информации соединены с выходами схемы управления чтением и записью, а такжес шиной сброса информации, а выходысоединены шиной чтения информации свходом схемы управления чтением изаписью.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Авторское свидетельство СССР9 728951, кл. В 21 В 37/00, 1978910249 бросимов Составитель Техред А. А актор С,Тит оррект Дзя э 957 одписно ап ППП Патент, г.ужгород, УЛ.Проектна Тираж 842ИИПИ Государственногопо делам иэобретенийМосква, Ж, Раушс омитета ССоткрытийя наб д,