国家地表水在线监测仪器通信协议技术导则（征求意见稿）目 次前言31 适用范围42 规范性引用文件43 术语和定义44 系统结构45 协议层次56 通信协议5附录A 规范性附录30附录B 留样器通讯协议31附录C 资料性附录32参考文献34前言本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。为贯彻中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国水污染防治法，规范和指导地表水自动监测站点仪器通信接入工作，制订本标准。本标准规定了地表水自动监测站点的数据采集传输仪与在线监测仪器之间的通信流程、通信报文的数据格式、命令格式和代码定义。本标准起草单位：本标准主要起草人：28国家地表水在线监测仪器通信协议技术导则1 适用范围本标准适用于地表水自动监测站点现场的数据采集传输仪与在线监测仪器之间的数据通信，规定了通信过程及数据命令的格式，给出了代码定义，本标准允许扩展，但扩展内容时不得与本标准中所使用或保留的控制命令相冲突。2 规范性引用文件本标准内容引用了下列文件中的条款。凡是不注日期的引用文件，其有效版本适用于本标准。HJ 212-2017污染物在线监控（监测）系统数据传输标准GB/T 19582-2008 基于 Modbus 协议的工业自动化网络规范3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1 在线监测仪器在线监测仪器是安装在地表水自动监测点现场，用于监测地表水环境质量的设备，包括监控（监测）仪器、流量（速）计等。3.2 数据采集传输仪采集各种类型监控仪器仪表的数据、完成数据存储及与上位机数据传输通讯功能的单片机、工控机、嵌入式计算机、可编程自动化控制器（PLC）或可编程控制器，以下简称数采仪。4 系统结构在线监测仪器与数采仪之间通信协议采用Modbus RTU标准，数采仪作为Modbus主机，每台在线监测仪器作为Modbus从机。图1 Modbus主从通信系统结构协议适用接口描述：1） 适用于RS-485通讯接口通讯；每个RS-485接口可以同时连接多个在线监测仪器。2） 适用于RS-232通讯接口通讯；3） 也可扩展用于TCP/IP通讯方式注意扩展用于TCP/IP通讯方式情况下不是采用Modbus TCP，而是Modbus RTU直接承载在TCP/IP上。另外针对有需要将在线监测仪器直接连接监测平台（现场无数采仪）的特殊情况，允许在线监测仪器通过地表水自动监测系统数据传输规范直接与监测平台进行数据传输通信。5 协议层次在线监测仪器与数采仪之间通讯协议采用Modbus RTU标准，可承载在多种通讯接口上。 图2 Modbus RTU协议层次图6 通信协议在线监测仪器与数采仪之间通信协议采用Modbus RTU标准，通过Modbus寄存器定义通信数据内容。6.1 Modbus RTU6.1.1 报文帧结构图3 Modbus RTU串行链路PDU表1 Modbus报文结构表名称类型长度(字节)描述设备地址BYTE对应仪器中的设备地址，用于区分挂在同一个总线下不同在线监测仪器。取值范围功能码BYTE功能码定义见6.1.2数据BYTEnN变长数据，伴随功能码、应答模式不同而不同CRCWORD2Modbus CRC16校验结果6.1.2 功能码定义表2 Modbus功能码定义表代码功能数据类型备注0x03读整形、浮点、字符读多个寄存器0x10写整形、浮点、字符写多个寄存器0x06写整形、浮点、字符写单个寄存器6.1.3 报文应答格式6.1.3.1 功能码(0x03)读主机请求:设备地址功能码寄存器地址寄存器数量CRCHCRCL1B1B2B2B1B1B设备地址：主控板地址，为0x01-0xF7可选功能码：为0x03寄存器地址：要读取数据的存放开始地址。寄存器数量：要读取的寄存器的个数从机应答:设备地址功能码寄存器地址数据字节数数据CRCHCRCL1B1B2B2B.1B1B设备地址：下位机地址，为0x01-0xF7可选功能码：为0x03数据字节数：寄存器数量*2数据：N =(寄存器数量*2)BYTE错误应答: 设备地址(1BYTE)+出错功能码+错误类型(1BYTE)+CRC校验注意出错功能码是功能码BYTE最高位取反得到。例如0x03 出错功能码为 0x83错误类型：01 非法功能02 非法数据地址03 非法数据值04 从站设备故障05 确认06 从属设备忙注：以上错误类型为modbus RTU标准含义。示例:读取命令：01 03 00 00 00 02 C4 0B (设备地址01)02 03 00 00 00 02 C4 38 (设备地址02)其中设备地址(01)+功能码(03)+寄存器起始地址(00 00)+寄存器数量(00 02 即指数据长度为2个字)+CRC校验(C4 0B)应答报文：01 03 04 41 CB 42 B7 EF 27设备地址(01)+ 功能码(03)+数据字节数（04）+ 读取数据(实际为16进制数42 B7 41 CB对应的浮点型数据为91.63)+ CRC校验(EF 27)。6.1.3.2 功能码(0x10)写主机请求:设备地址功能码寄存器地址寄存器数量字节数DATACRCHCRCL1B1B2B2B1B.1B1B设备地址：主控板地址，为0x01-0xF7可选功能码：为0x10寄存器地址：要读取数据的存放开始地址寄存器数量：要写入寄存器的个数字节数：写入数据的字节数数据：要写入的数据注意如写一个寄存器，则寄存器数量为1,字节数为2 ,数据为一个WORD从机应答：设备地址功能码寄存器地址寄存器数量CRCHCRCL1B1B2B2B1B1B示例:主机发送：01 10 00 6B 00 02 04 00 0F 06 08 86 51 从机回复：01 10 00 6B 00 02 30 14错误应答: 设备地址(1BYTE)+出错功能码+错误类型(1BYTE)+CRC校验注意出错功能码是功能码BYTE最高位取反得到。例如0x03 出错功能码为 0x83错误类型：01 非法功能02 非法数据地址03 非法数据值04 从站设备故障05 确认06 从属设备忙注：以上错误类型为modbus RTU标准含义。6.1.3.3 功能码(0x06)写主机请求:设备地址功能码寄存器地址DATACRCHCRCL1B1B2B2B1B1B从机应答：设备地址功能码寄存器地址DATACRCHCRCL1B1B2B2B1B1B6.1.4 应用规约表3 Modbus数据类型定义表数据类型描述及要求BYTE无符号单字节整型(字节，8位)WORD无符号2字节整型(字，16位)DWORD无符号4字节整型(双字，32位)FLOAT4字节浮点数型(字节，32位)IEEE 754 标准DOUBLE8字节浮点数型(字节，64位)BYTEnN字节STRINGGBK编码，采用0终结符，若无数据，则放一个0终结符DATE日期类型6字节年(BYTE)-月(BYTE)-日(BYTE)-时(BYTE)-分(BYTE)-秒(BYTE) 。其中：年=byte+2000, 月:1-12，日:1-31，时:0-23 分:0-59 秒:0-59数值格式：BCD码数据字节序定义：协议采用大端模式(big-endian)来传递WORD、DWORD、FLOAT、DOUBLE。对于DWORD、FLOAT、DOUBLE，字间顺序也按照大端模式(big-endian) 排列（也就是Modbus的Swap模式）。6.2 数据内容定义表4 仪器数据内容分类表分类名称描述基本信息工作模式仪器当前工作模式工作状态仪器当前工作状态测量数据包括测量数值、数据时间、数据标识。远程控制命令时间校准、测量、清洗、标定、标样核查、空白校准、标样校准等管控信息关键参数包括设定参数（如消解时长）、运行参数（如斜率、截距）。反馈状态测量过程数据、部件状态等告警信息仪器部件、分析系统、预处理告警等表5 仪器工作模式定义表编码描述备注0在线处于在线工作模式，可执行远程控制指令1离线处于离线工作模式，不执行远程控制指令2维护处于维护工作模式3故障处于故障中6.2.1 工作状态仪器工作状态：仪表当前的测量工作状态。表6 仪器工作状态定义表编码描述备注1空闲2测量3维护4清洗5故障6标液一校准低点校准7标液二校准高点校准8标定9标样核查1099可扩展6.2.2 测量数据表7 仪器测量数据内容定义表编号名称备注1数据时间测量启动时间2因子编码国标因子编码后五位整数3测量数值见附表数据修约规则表4测量数值单位见附表数据修约单位编码表5数据标识使用标准标识表8 仪器测量数据状态定义表编码描述备注0正常测量数据正常有效1超上限监测浓度超仪器上限2超下限监测浓度超仪器下限或小于检出限3仪器故障仪器故障：缺试剂、缺纯水、缺水样、缺标样等。4标液一校准低点校准5标液一校准高点校准6标样核查测试标样测试核查，有手工与自动两种, 手工:现场对比7仪器维护8比对考核用于肓样核查、原水样比对等。6.2.3 远程控制命令表9 远程控制命令定义表编码名称参数1启动测量无2停止测量无3标定间隔设置16位整型（分钟）4测量间隔设置16位整型（分钟）5清洗无6标定1,被动触发2,周期标定7标液一校准无8标液二校准无9时间校准Date类型11标样核查无12量程自动切换开关无13自动标样核查间隔16位整型（分钟）14测量模式1连续测量2周期测量3定点测量4触发测量1599可扩展注：五参数比较特殊，可以不实现反控。6.2.4 管控信息管控信息包括关键参数、反馈状态、告警信息。考虑不同类型仪器之间差异、不同厂家同类分析仪分析方法差异，管控信息按照仪器类别国标行标分析方法来分类定义管控信息基本内容，并允许各个厂家根据自身特点扩展差