Здравствуйте!

Имеется некий электромагнит, который воздействует на гидравлический преобразователь. Сопротивление 550 Ом, напряжение питания- 220 В постоянного тока.

Нужно сделать точное управление током. При появление сигнала оператора схема должна подать на электромагнит моментально 170 мА постоянного тока и плавно снизить его до 50 мА в течении 3-4 секунд.

Подскажите пожалуйста какое-нибудь схемотехническое решение с помощью любого контроллера. Самое главное- это надежность и моментальномт подачи тока 170 мА

Моментально ток в индуктивности изменить в принципе невозможно - самоиндукция не позволит. А плавно менять ток можно, например, посредством ШИМ. Попробуйте поставить несложные опыты - возьмите любое реле на соотв. напряжение (не на 220, а, например, на 12В - для безопасности), подключите его к источнику питания через MOSFET, и поуправляйте MOSFET'ом, подавая на его затвор сигнал с ШИМ с вывода GPIO любого привычного вам МК...

А ещё какие есть варианты? Их же множество?

Самый разумный путь, это ШИМ, имхо. Напряжение подобрать так, чтоб при открытом ключе ток потёк 170 мА, а затем регулировать коэффициент заполнения с или без ОС.

Еще важно понимать, с какой точностью необходимо установить 170 мА. Справедливо было замечено, что моментально изменить ток от нуля до 170 мА не получится. Не говоря уже о том, что моментально — не самая подходящая категория для описания переходных процессов.

Контроллер (или микроконтроллер?) здесь дело десятое. Главное - теория автоматического управления. Обратная связь. А делать можно хоть на операционниках, хоть на intel i7.

Но, чтобы не быть голословным, найдите в сети проект управления шаговым двигателем уважаемого Ридико Леонида Ивановича. Там есть управление по току в обмотках, если мне не изменяет память. Выполнено на 8-битном мк. Программа приложена.

Лучше опишите что вам надо сделать, из описания получается, что надо максимально быстро закрыть клапан и потом удерживать?

У этого электромагнита есть шток, который воздействует на золотник гидравлической системы регулирования паровой турбины. При возникновении внештатной ситуации в энергосистеме необходимо кратковременно разгрузить турбину, для этого на электромагнит подается ток 170 мА с дальнейшим снижением его по экспоненте до 50 мА. Весь процесс занимает 3-4 секунды.

Это пропорциональное регулирование или On/Off ? 50 mA похоже на ток удержания.

получается, что пропорциональное. 50 мА это ток удержания до момента съема воздействия.

До 50мА можно снижать по разным экспонентам, в смысле с разными постоянными времени. Но если это управление переключателем (золотник же?), то почему не подходит постановка "дать ток гарантированного срабатывания на время, за которое оно гарантировано срабатывает, а затем поддерживать ток удержания, пока не будет снята управляющая команда"?

Например, автогенераторный импульсный источник тока на компараторе — для наглядности, C2 уменьшен на три порядка, пропорционально чему время тоже, а R2 на одну секунду отключён; ток нагрузки достигает номинала за 500 мкс (задаётся R1C1), и в реальности минимальная индуктивность L1 суммируется с неозвученной индуктивностью соленоида и частота будет намного меньше:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Очень подозрительно на предмет глубокой ШИМ-философии на мелких местах.
Похоже, нужно включить обычный клапан и перевести его в режим удержания. Так это еще при царе Горохе успешно делали с помощью простой RC цепочки последовательно с клапаном.

Это сразу было понятно. Очевидно, эксплуататора перестал устраивать КПД и прочая эргономика принудительно продуваемого шкафа с контакторами и т.п. антиквариатом:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Существующая схема действительно сделана при царе Горохе, аж 1979 году и причем на коленках в каком-то там НИИ, которого ныне нет. Никакой документации на нее нет и не было. Конденсаторы все уже высохли давно. Работает она очень редко, но постоянно должна быть в боевой готовности, так как это часть противоаварийной автоматики. Решили модернизировать, так как будут блок оснащать промышленными контроллерами Текон. Никаких готовых решений по данной теме не нашел, кроме как глубокой модернизации и замене данной катушки на линейный привод, но начальство к таким тратам не готово.

Я так понял, Вы хотите избавиться от сохнущих емкостей.
Дешево и сердито. Берете любой PLC (возможно - тотже Текон), с модулем релейного выхода на 8 линий. А может - и не релейного.
Логику управления и "времянки" забиваете в контроллер. Форму управления током ЭМ - задаете кусочно-линейной аппроксимацией на эти 8 релейных выходов с помощью "весовых" резисторов. Времянки включения-выключения их - таймеры PLC. Если надо повысить точность - используйте еще один модуль на 8 выходов.
В контроллер можно вообще всю вышеприведенную схему загнать. Но поскольку цепи "аварийные" - надо много раз подумать чтобы их изменять.
ps
схема, видать, с ваенай приемкай. Протектор от "кирзача"

Хотелось по максимуму избавиться от навесных элементов- от емкостей и проволочных резисторов, все-таки 21 век на дворе. В идеале было бы придумать что-то в формфакторе как на картинке.
Р.S. Протектор от моего кирзача






А данная схемка в какой программе нарисована?

Тогда задача нерешаема, промавтоматика по определению недёшева.


LTspice

Если хотите далать собственноручно и "наразвес" и без RC - используйте ЛЮБОЙ микроконтроллер.
ШИМ реализуется на узле таймера, а при желании - вообще софтовым методом ногодрыга.
В аппнотах на контроллер реализация ШИМ - типовой пример использования таймера.
(обычно показано как с помощью ШИМ генерировать синус. В Вашем случае требуется экспонента).
-----
Есть пара "гарблей" при реализации на микроконтроллере.
- повышенное напряжение для нагрузки. Потребуется гальв. развязка. контроллера с управляющим ключевым транзистором,
- обеспечении надежности работы схемы - борьба с завесами и зациклами. Схема будет расположена рядом с работающими
контактами и цепями реле.

В общем, Вам достаточно в выбранный микроконтроллер "залить" пример с PWM из application notes. Уже это решит Вашу задачу на 50-90 процентов

Да, если разобраться в работе RC- цепи не под силу, то нужен 16-разрядный контроллер, АЦП, интерфейс и дисплей. Ну и куча гальванических развязок плюс UPS для надежного питания контроллера.
Иначе - никак.

На контроллере делать аварийную защиту - это как-то не выглядит надежно.
А какие проблемы повторить имеющуюся схему?
От электролитов Вам все равно не уйти, т.к. нужно где-то брать постоянное 100...200В.
10-ваттные резисторы, которые греются только в аварийном случае - тоже не проблема.
Можно было бы взять малогабаритные реле, но вот коммутировать постоянное 200В еще не всякое реле способно.

Кстати, если цепи управления сделать на =24В и сделать повышатель с 24 на 200В с ОС по току выхода,
то можно все сделать довольно компактно и без мощных резисторов.

В энергетике блоки релейной защиты на них, контроллерах, и делаются. И обеспечивают защиту
оборудования с много-нулевой ценой. Тут не в контроллере дело, а в "писателе" софта и "клепателе" железа
---
200В там есть. Оно резервированное и гарантированное. Если его "делать" самим - это усложняет схему и снижает надежность.

Я и имел в виду, что основная ненадежность может вылезти из программы.
А если 200В постоянное есть - то почему бы не повторить имеющуюся схему.
Или даже просто заменить электролиты и какие-то еще устаревшие (физически) компоненты.

Просто хочется что-то посовременнее, избавиться от громоздких емкостей, резисторов и реле. Хотели подобрать готовое решение, но такого никто не делает. Есть предложения, но там полная модернизация системы регулирования стоимостью более 1 млн. долларов.

Вы будете смеяться, но в советское время в советском ВУЗе меня учили думать 4 (четыре) раза:
1) Надо это делать?
2) Как это сделать?
3) Чего это будет стоить?
4) Надо это делать?

Но (!!!) НЕ отщипнуть от "более 1 млн. долларов" -- просто грех!
Удачи!!!
Если что не получится, то всегда сможете вернуться на замену электролитов, тем более, что это не на спутник (космический аппарат) делается.

А сколько может стоить несрабатывание или ложное срабатывание устройства, и велик лив этом случае риск для персонала? А то, может и несколько веселее спутника (космического аппарата) получиться )

Отказ может привести максимум к выходу генератора из синхронного режима и останову блока, а персоналу придется побегать

Вот реализация ШИМ на базе PLC Simatic

А электромагнит куда подключать? Нужен же какой-то модуль вывода высоковольтный.

Ну, если ничего страшного не случается, то можно любым тупым контроллером с двумя релейными выходами сделать примерно так:
1. Одновременно включить форсирующий и удерживающий выход
2. Подождать сколько надо.
3. Форсирующий выключить, удерживающий оставить.
4. Ожидать отбоя управляющей команды.

Форсирующий выход должен содержать последовательно включенный токоограничивающий резистор для нужных форсирующих миллиампер, а удерживающий - для, соответственно, удерживающих миллиампер )
Можно поставить параллельно два независимых контроллера, для надежности )

Я примерно так и предложил, но начальству не особо понравилось. Да и обратная связь нужна будет, так как "точность тока" важна.

А в существующей схеме эта точность тока чем-то обеспечена? ) Вот эти резисторы и оставить. )

Можно еще третий совсем высокоомный резистор (миллиампера два чтобы) и оптопару - для контроля целостности цепи током обтекания обмотки воткнуть. И так далее, насколько фантазии хватит )
---
Хотя, надо понять умонастроения начальства. А вдруг перед ним стоит задача "освоить средства на модернизацию ивсетакое"? )

ШИМом Вы выведете из строя всю измерительную систему , ловящую микровольты от термопар.

Наводки и помехи будут дай божЕ

Если рядом есть схемы, которые ловят микровольтовые и нановолтовые сигналы - ШИМ КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя юсать.

Потому что ШИМ - это отличный генератор помех

В качестве тупого контроллера годится обычное реле времени.
А спросить у начальства, какая нужна точность тока и зачем?
И откуда она бралась в старой схеме?

alexvu, очевидно же — берегут особо ценный клапан за полмиллиона.

Да, параллельно два генератора тока резко повысят надежность. Если один почему-то не сломается, то второй уж обязательно это сделает.
Такое впечатление, что как-то надуманно усложняется вся эта задача.

Взята из собственной головы, и это симуляция, т.е. далеко не полноценная схема.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Спасибо!