基于STM32F103R8T6的數字式量度繼電器設計與應用

安科瑞 徐玉麗

（江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405）

摘    要：數字式量度繼電器具有測量精確、設定簡單、保護功能多、速度快等優點，是傳統的電磁、靜態繼電器理想的替代產品。本文詳細介紹了基于STM32F103R8T6的數字式量度繼電器的總體設計方案。該產品能針對不同的對象在實際使用中遇到的多種故障進行保護，使被保護的對象在故障狀態下不會產生損壞，提高可靠性，減少損失。
關鍵字：數字式、量度繼電器、保護

0　 引言
在電力及工業自動化控制系統中，常用各種類型的繼電器應用于需要進行狀態監控的場合，作為保護的閉鎖動作元件或啟動元件。目前，大部分用于此類場合的繼電器都為靜態繼電器，完全采用模擬電路設計，參數設置、整定值設定都采用旋鈕調節，采用此方式設置精度低、誤差大、保護功能單一，不帶有顯示裝置，用戶無法從繼電器上得知當前各種電參量，且無法組網實現智能化網絡化。
另有一類為多功能綜合性保護型繼電器，如南京因泰萊的PA100系列綜合數字繼電器、ABB的615系列繼電器，此類型繼電器名稱上為繼電器，其實為多功能繼電保護裝置，此類型的繼電器功能強大，集保護、測量、控制、監測、通訊等多種功能于一體，是高端的電力系統自動化硬件裝置，但在許多要求簡單的應用場合使用此類繼電器則存在使用成本高，功能浪費等缺點。
本文將要介紹的是一款數字式量度繼電器（ASJ系列數字式量度繼電器）的設計和應用，該繼電器功能上除了具有傳統靜態繼電器具有的特點外，還兼具了方便靈活和智能的特點，具有保護功能較多，靈敏度高，動作時間整定靈活，過欠模式同機整定，實時測量并顯示當前電參量的值，相當于在智能電測儀表的基礎上增加了保護繼電器的功能。

1　 繼電器的硬件設計
本數字式量度繼電器的硬件電路包括主CPU芯片、電源、信號采集電路、人機交互單元、RS485通訊接口及繼電器輸出接口（圖1）。

圖1　硬件電路框圖

1.1  主控CPU
本量度繼電器的CPU采用ST公司的基于ARM最新Cortex-M3架構內核的32位處理器STM32F103R8T6，時鐘頻率最高可達72MHz，內置64K的Flash、20K的RAM、12位AD、4個16位定時器、3路USART通訊口等多種資源，具有極高的性價比。
1.2  電源    
電源是一臺設備能否正常、穩定、可靠工作的關鍵部分，該繼電器采用本公司常用的通用開關電源模塊。該電源模塊輸入電壓為AC85V～265V，輸入頻率45Hz～60Hz，具有多路隔離電壓輸出，滿足多種功能對不同供電電壓的要求。輸出電壓穩定、故障率小，輸出紋波 <1％。具有過壓、過流保護。該模塊經實際現場使用，具有很高的穩定性、可靠性和抗干擾能力。
1.3  信號采集電路
信號采集電路采用互感器隔離輸入，將電流、電壓等電量信號進行隔離，提高系統的安全性和可靠性。采樣信號經放大電路放大后進行A/D轉換。圖2。