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摘 要

检测并控制氧气的浓度不仅仅是在工业生产中，甚至在医疗和生态环境等各种领域都有着非常重大的意义。焦炉炼焦时，一旦煤气中的氧含量到达一定浓度，可能会引起严重的爆炸事故，造成难以预计的经济损失和人员伤亡，因此，需要在煤气进入静电除尘设备前检测其中氧气的含量，这是炼焦时必不可少的一个环节。想要实现对焦炉煤气中氧含量的在线监测和分析，可以利用顺磁式氧分析仪或者是激光氧分析仪来进行实时监测，从而使焦炉煤气系统能够安全、正常地运行。

本文通过对焦炉煤气氧含量在线分析系统的组成、研究现状以及未来的发展方向进行分析，提出了用于检测焦炉煤气中氧含量的在线分析仪的远程通讯系统的设计方案。课题采用了STM32F407芯片的嵌入式系统，并在这个基础下设计了利用MODBUS通讯协议实现RS485通讯的RS485通讯电路，以及采用了AD5420芯片的4~20mA工业标准电流输出电路。本远程通讯系统可以实现对焦炉煤气氧含量的在线实时监测，并将其反馈给上位机和DCS集散控制系统，从而将氧浓度控制在安全范围内，有效预防爆炸事故的发生，保证焦炉煤气系统安全、正常地运行。

关键词：远程通讯 RS485通讯 4-20mA工业标准电流 MODBUS通讯协议

The Design Of Remote Communication System for Oxygen Content Online Analysis of Coke Oven Gas

Abstract

Detection and control of oxygen concentration play an important role not only in industrial production, even in the medical and ecological environment and other fields. When coke oven cokes, once the oxygen content in the gas reaches a certain concentration, it may cause serious explosion accidents and result in unpredictable economic losses and casualties.Therefore,detecting the content of oxygen is an essential part of coking before the gas in the equipment enter the electrostatic precipitator. To achieve on-line monitoring and analysis of oxygen content in coke oven gas, we can monitor in real time using a paramagnetic oxygen analyzer or a laser oxygen analyzer, which can make the coke oven gas system operate safely and normally.

This paper puts forward a design program of remote communication system for on-line analyzer to detect oxygen content in coke oven gas by analyzing the composition, research status and future development direction of on-line analysis system of coke oven gas oxygen content.This paper uses the STM32F407 chip embedded system and uses the MODBUS communication protocol to design RS485 communication circuit to realize RS485 communication on the basis of it, and the paper also adopts the 4~20mA industry standard current output circuit by using AD5420 chip.The remote communication system can realize the on-line real-time monitoring of the oxygen content of coke oven gas and feed it back to the host computer and DCS distributed control system,so as to control the oxygen concentration in the safe range and effectively prevent the occurrence of explosion accidents and ensure the coke oven gas system functioning safely and normally.

Keywords: Remote communication; RS485 communication; 4~20mA industry

standard current; MODBUS communication protocol

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题背景及研究意义 1

1.2分析仪器发展现状和展望 1

1.3研究思路与方法 3

第二章 RS485通讯模块设计 4

2.1 MODBUS通讯协议 4

2.1.1 MODBUS通讯原理 4

2.1.2 MODBUS协议特点 5

2.1.3 MODBUS消息帧 5

2.2 RS485接口 7

2.2.1 RS485接口 7

2.2.2 RS485特点 8

2.2.3与其他通讯标准对比 8

2.3硬件电路设计 9

2.3.1 485通讯模块电路设计 9

2.3.2 电源电路设计 10

2.4软件设计 10

2.4.1 MODBUS协议移植 10

2.4.2 485通讯模块驱动设计 12

第三章4-20mA工业标准电流输出电路 14

3.1工业标准电流输出模块介绍 14

3.2硬件电路设计 15

3.3 关于AD5420软件设计 16

第四章 系统调试 19

4.1标准电流输出电路 19

4.2 MODBUS通信 20

结语 22

参考文献 23

致谢 25

附录：焦炉煤气氧含量在线分析通讯系统设计的硬件图 26

第一章 绪论

1.1选题背景及研究意义

焦炉煤气是炼焦用煤经高温干馏后产生的一种富氢气体，为炼焦副产品，它的主要组成成分是氢气、甲烷等。我国每年都会生产大量的焦炭，与此同时，必然会产出数量相当的焦炉气。据悉，生产一吨焦炭，将会副产300~400立方米的焦煤气，热量值达到每立方米1500~4500大卡，由此可知，如果不对其进行有效回收并综合利用，不仅仅会造成大量的可利用资源被浪费，直接排放至大气中或是排空燃烧的做法，也将会对生态环境造成不可逆转的负面影响，这对于社会甚至于人类未来的发展都是极为不利的。如果我们能将其安全有效地回收利用，将其中半数返回炼焦炉用作燃料，其余的气体进行综合利用，这样一方面可以提高炼焦厂的经济效益，一方面也可以为我国的节能减排事业作出巨大的贡献。

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