地表水水質自動監(jiān)測儀器通訊協(xié)議技術規(guī)范（征求意見稿）

1T/XXXXXXX—2024地表水水質自動監(jiān)測儀器通訊協(xié)議技術規(guī)范本標準適用于水站的數(shù)采儀與平臺之間的數(shù)據(jù)傳輸，規(guī)定了傳輸?shù)倪^程及數(shù)據(jù)命令的格式，給出了代碼定義，本標準允許擴展，但擴展內容時不得與本標準中所使用或保留的控制命令相沖突。具體明確了用于水質監(jiān)測的在線監(jiān)測站，包括固定式、簡易式、小型式、浮船式水質自動監(jiān)測站等。本標準適用于上述水站新建、改造升級的驗收依據(jù)，同時也適用于平臺的驗收要求。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB3838地表水環(huán)境質量標準HJ212污染物在線監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準HJ915地表水自動監(jiān)測技術規(guī)范GB19582基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡規(guī)范術語和定義3術語與定義HJ915界定的術語和定義適用于本文件。在線監(jiān)測儀器是安裝在地表水自動監(jiān)測點現(xiàn)場，用于監(jiān)測地表水環(huán)境質量的設備，包括監(jiān)控（監(jiān)測）儀器、流量（速）計等。3.2數(shù)據(jù)采集傳輸儀（dataacquisit采集各種類型監(jiān)控儀器儀表的數(shù)據(jù)、完成數(shù)據(jù)存儲及與上位機數(shù)據(jù)傳輸通訊功能的單片機、工控機、嵌入式計算機、可編程自動化控制器（PLC）或可編程控制器，以下簡稱數(shù)采儀或基站。地表水水質監(jiān)測中的五項常規(guī)項目：水溫、pH、溶解氧、電導率和濁度。參與曲線方程計算的數(shù)值，比如：吸光度、步數(shù)、ml、秒。2T/XXXXXXX—2024在線監(jiān)測儀器與數(shù)采儀之間通信協(xié)議采用ModbusRTU標準，數(shù)采儀作為Modbus主機，每臺在線監(jiān)測儀器作為Modbus從機。圖1Modbus主從通信系統(tǒng)結構協(xié)議適用接口描述：（1）適用于RS-485通訊接口通訊；（2）每個RS-485接口可以同時連接多個在線監(jiān)測儀器；（3）適用于RS-232通訊接口通訊；（4）也可擴展用于TCP/IP通訊方式；（5）注意擴展用于TCP/IP通訊方式情況下不是采用ModbusTCP，而是ModbusRTU直接承載在TCP/IP上。在線監(jiān)測儀器與數(shù)采儀之間通訊協(xié)議采用ModbusRTU標準，可承載在多種通訊接口上。圖2ModbusRTU協(xié)議層次圖在線監(jiān)測儀器與數(shù)采儀之間通信協(xié)議采用ModbusRTU標準，通過Modbus寄存器定義通信數(shù)據(jù)內容。本標準規(guī)范了通信流程和應答機制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結構、報文格式、數(shù)據(jù)標記、命令編碼、系統(tǒng)代碼和數(shù)據(jù)類型及上傳時間間隔。3T/XXXXXXX—20246.1.1報文幀結構表1Modbus報文結構表名稱類型長度（字節(jié)）描述設備地址BYTE1對應儀器中的設備地址，用于區(qū)分掛在同一個485總線下不同在線監(jiān)測儀器。取值范圍1~247功能碼BYTE1功能碼定義見6.1.2數(shù)據(jù)BYTE[n]N變長數(shù)據(jù)，伴隨功能碼、應答模式不同而不同CRCWORD2ModbusCRC16校驗結果6.1.2功能碼定義表2Modbus功能碼定義表代碼功能數(shù)據(jù)類型備注0x03讀整形、浮點、字符讀多個寄存器0x10寫整形、浮點、字符寫多個寄存器6.1.3報文應答格式6.1.3.1功能碼（0x03）讀主機請求：設備地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量CRCHCRCL設備地址：主控板地址，為0x01-0xF7可選；功能碼：為0x03；寄存器地址：要讀取數(shù)據(jù)的存放開始地址；寄存器數(shù)量：要讀取的寄存器的個數(shù)；從機應答：4T/XXXXXXX—2024設備地址功能碼數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)CRCHCRCL...設備地址：下位機地址，為0x01-0xF7可選；功能碼：為0x03；數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)：寄存器數(shù)量×2；數(shù)據(jù)：N=(寄存器數(shù)量×2)BYTE；錯誤應答：設備地址(1BYTE)+出錯功能碼+錯誤類型(1BYTE)+CRC校驗注意出錯功能碼是功能碼BYTE最高位取反得到。例如0x03出錯功能碼為0x83錯誤類型：01非法功能02非法數(shù)據(jù)地址03非法數(shù)據(jù)值04從站設備故障05確認06從屬設備忙注：以上錯誤類型為ModbusRTU標準含義。示例：讀取命令：010300000002C40B（設備地址01）020300000002C438（設備地址02）其中設備地址（01）+功能碼（03）+寄存器起始地址（0000）+寄存器數(shù)量（0002即指數(shù)據(jù)長度為2個字）+CRC校驗（C40B）應答報文：設備地址（01）+功能碼（03）+數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（04）+讀取數(shù)據(jù)（實際為16進制數(shù)42B741CB對應的浮點型數(shù)據(jù)為91.63）+CRC校驗（EF27）。6.1.3.2功能碼（0x10）寫主機請求：5T/XXXXXXX—2024設備地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量字節(jié)數(shù)CRCHCRCL...設備地址：主控板地址，為0x01-0xF7可選功能碼：為0x10寄存器地址：要讀取數(shù)據(jù)的存放開始地址寄存器數(shù)量：要寫入寄存器的個數(shù)字節(jié)數(shù)：寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)：要寫入的數(shù)據(jù)注意如寫一個寄存器，則寄存器數(shù)量為1，字節(jié)數(shù)為2，數(shù)據(jù)為一個WORD。從機應答：設備地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量CRCHCRCL2B2B示例：主機發(fā)送：0110006B000204000F06088651從機回復：0110006B00023014錯誤應答：設備地址（1BYTE）+出錯功能碼+錯誤類型（1BYTE）+CRC校驗注意出錯功能碼是功能碼BYTE最高位取反得到。例如0x03出錯功能碼為0x83錯誤類型：01非法功能02非法數(shù)據(jù)地址03非法數(shù)據(jù)值04從站設備故障05確認06從站設備忙注：以上錯誤類型為ModbusRTU標準含義。6.1.4應用規(guī)約表3Modbus數(shù)據(jù)類型定義表數(shù)據(jù)類型描述及要求無符號單字節(jié)整型（字節(jié)，8位）WORD無符號2字節(jié)整型（字，16位）6T/XXXXXXX—2024DWORD無符號4字節(jié)整型（雙字，32位）4字節(jié)浮點數(shù)型（字節(jié)，32位）IEEE754標準DOUBLE8字節(jié)浮點數(shù)型（字節(jié)，64位）BYTE[n]STRINGGBK編碼，采用0終結符，若無數(shù)據(jù)，則放一個0終結符CHAR[n]N個字符，ASCII年（BYTE）-月（BYTE）-日（BYTE）-時（BYTE）-分（BYTE）-秒（BYTE）其中：年=byte+2000，月：1-12，日：1-31，時：0-23分：0-59秒：0-59數(shù)值格式：BCD碼數(shù)據(jù)字節(jié)序定義：協(xié)議采用大端模式（big-endian）來傳遞WORD、DWORD、FLOAT、DOUBLE。對于DWORD、FLOAT、DOUBLE，字間順序按照小端模式（little-endian）排列。表4寄存器地址區(qū)間劃表區(qū)間名稱開始地址偏移結束地址偏移寄存器數(shù)量描述測量數(shù)據(jù)區(qū)0x10000x107F測量數(shù)據(jù)區(qū)狀態(tài)告警區(qū)0x10800x109F工作狀態(tài)、告警、故障等關鍵參數(shù)區(qū)0x10A00x10FF96關鍵參數(shù)、反饋狀態(tài)控制命令區(qū)0x12000x12FF控制命令1+命令參數(shù)n6.2.1測量數(shù)據(jù)區(qū)（0x1000—0x107F）表5測量數(shù)據(jù)區(qū)寄存器定義表區(qū)間名稱寄存器偏移數(shù)據(jù)類型寄存器描述讀寫備注測量數(shù)據(jù)區(qū)0x1000DWORD因子編碼R見附表B-1因子編碼及修約表0x10010x1002WORD單位R見附表B-2單位編碼表0x1003WORD當前量程R0x1004當前量程標樣參考值R0x10050x1006水樣數(shù)據(jù)時間R年、月7T/XXXXXXX—20240x10070x1008分、秒0x1009水樣實測值R0x100A0x100BWORD水樣數(shù)據(jù)標識R見附表B-3數(shù)據(jù)標識表0x100C標樣核查數(shù)據(jù)時間R年、月0x100D0x100E分、秒0x100F標樣核查實測值R0x10100x1011WORD標樣核查數(shù)據(jù)標識R見附表B-3數(shù)據(jù)標識表0x1012空白測試數(shù)據(jù)時間R年、月0x10130x1014分、秒0x1015空白測試實測值R0x10160x1017WORD空白測試數(shù)據(jù)標識R見附表B-3數(shù)據(jù)標識表0x1018零點核查數(shù)據(jù)時間R年、月0x10190x101A分、秒0x101B零點核查實測值R0x101C0x101DWORD零點核查數(shù)據(jù)標識R見附表B-3數(shù)據(jù)標識表0x101E跨度核查數(shù)據(jù)時間R年、月0x101F0x1020分、秒0x1021跨度核查實測值R0x10220x1023WORD跨度核查數(shù)據(jù)標識R見附表B-3數(shù)據(jù)標識表0x1024加標回收數(shù)據(jù)時間R年、月0x10250x1026分、秒0x1027加標回收實測值R8T/XXXXXXX—20240x10280x1029WORD加標回收數(shù)據(jù)標識R見附表B-3數(shù)據(jù)標識表0x102A平行樣數(shù)據(jù)時間R年、月0x102B0x102C分、秒0x102D平行樣實測值R0x102E0x102FWORD平行樣數(shù)據(jù)標識R見附表B-3數(shù)據(jù)標識表R預留0x107FR預留因子編碼及數(shù)據(jù)修約，見附表B-1因子編碼及修約表。單位編碼，見附表B-2單位編碼表。數(shù)據(jù)標識，見附表B-3數(shù)據(jù)標識表。6.2.2狀態(tài)告警區(qū)（0x1080—0x109F）表6狀態(tài)告警區(qū)寄存器定義表區(qū)間名稱寄存器偏移數(shù)據(jù)類型寄存器描述讀寫備注區(qū)0x1080系統(tǒng)時間R年、月0x10810x1082分、秒0x1083WORD工作狀態(tài)R見附表B-4儀器工作狀態(tài)定義表0x1084WORD測量模式R1連續(xù)模式2周期模式3定點模式4受控模式5手動模式0x1085WORD告警代碼R見附表B-5告警信息表0x1086WORD故障代碼R見附表B-6故障信息表0x1087WORDR0x1088WORD軟件版本R0x10899T/XXXXXXX—20240x108A0x108BWORD零點核查間隔R分鐘0x108CWORD跨度核查間隔R分鐘0x108DWORD標樣核查間隔R分鐘0x108E消解池實時溫度R單位:攝氏度0x108F0x1090混樣池實時溫度R單位:攝氏度0x1091R預留0x109FR預留工作狀態(tài)，見附表B-4儀器工作狀態(tài)定義表。告警代碼，見附表B-5告警信息表。故障代碼，見附表B-6故障信息表。6.2.3關鍵參數(shù)區(qū)（0x10A0—0x10FF）表7關鍵參數(shù)區(qū)寄存器定義表名稱寄存器偏移數(shù)據(jù)類型寄存器描述讀寫備注0x10A0WORD測量精度R小數(shù)位數(shù)0x10A1WORD消解溫度R單位:攝氏度0x10A2WORD消解時長R單位:分鐘0x10A3量程下限R0x10A4R0x10A5量程上限R0x10A6R0x10A7曲線斜率kR0x10A8R0x10A9曲線截距bR0x10AAR0x10AB標定日期R年、月T/XXXXXXX—20240x10ACR0x10ADR分、秒0x10AE標液一濃度R0x10AFR0x10B0標液一測量過程值R0x10B1R0x10B2標液二濃度R0x10B3R0x10B4標液二測量過程值R0x10B5R0x10B6標液三濃度R0x10B7R0x10B8標液三測量過程值R0x10B9R0x10BA標液四R0x10BBR0x10BC標液四測量過程值R0x10BDR0x10BE標液五R0x10BFR0x10C0標液五測量過程值R0x10C1R0x10C2R0x10C3R0x10C4DWORD試劑余量R0x10C5R0x10C6測量過程值R0x10C7R0x10C8空白校準時間R年、月0x10C9R0x10CAR分、秒0x10CB標樣校準時間R年、月0x10CCRT/XXXXXXX—20240x10CDR分、秒0x10CE檢出限值R0x10CFR0x10D0校準系數(shù)R0x10D10x10D2WORD[6]設備序列號R0x10D30x10D40x10D50x10D60x10D70x10D8二次多項式系數(shù)R擴展（直線方程時為0）0x10D90x10DA空白標定過程值R擴展（標定曲線時的空0x10DB0x10DC空白校準過程值R擴展（空白校準的空白過程值）0x10DD0x10DE標樣校準參考值R擴展0x10DF0x10E0標樣校準過程值R擴展0x10E10x10E2WORD顯色溫度R擴展0x10E3WORD顯色時間R擴展R預留0x10FFR預留表8常規(guī)五參數(shù)寄存器定義表名稱寄存器偏移數(shù)據(jù)類型寄存器描述讀寫備注關鍵參數(shù)0x10A0WORD測量精度R小數(shù)位數(shù)0x10A1PH量程下限R0x10A2T/XXXXXXX—20240x10A3PH量程上限R0x10A40x10A5溶解氧量程下限R0x10A60x10A7溶解氧量程上限R0x10A80x10A9電導率量程下限R0x10AA0x10AB電導率量程上限R0x10AC0x10AD濁度量量程下限R0x10AE0x10AF濁度量量程上限R0x10B00x10B1R0x10B20x10B3溶解氧電極電位R0x10B40x10B5溶解氧熒光強度R溶解氧電極電位或熒光強度0x10B60x10B7電導率電極電位R0x10B80x10B9濁度散光量R0x10BA0x10BBWORD[6]設備序列號R0x10BC0x10BD0x10BE0x10BF0x10C0R預留0x10FFR預留T/XXXXXXX—20246.2.4控制命令區(qū)（0x1200—0x12FF）表9控制命令區(qū)寄存器定義表名稱寄存器偏移數(shù)據(jù)類型寄存器描述讀寫備注控制命令區(qū)0x1200WORD控制命令碼W見附表B-7控制命令表0x1201BYTE[n]控制命令參數(shù)...0x12FF控制命令，見附表B-7控制命令表。6.3.1錯誤應答報文表10錯誤應答報文示例表錯誤碼錯誤類型示例報文0x01非法功能01830180f00x02非法數(shù)據(jù)地址018302c0f10x03非法數(shù)據(jù)值01830301310x04從站設備故障01830440f30x06從站設備忙018306c132注意這里的0x83是出錯功能碼，是請求報文功能碼字節(jié)最高位取反得到。例如0x03出錯功能碼為0x83。6.3.2數(shù)據(jù)讀取報文（1）數(shù)據(jù)讀取請求報文：01031000001040C6應答報文：010320520B0000000100003F001701010000001EB83E854E00000000000000000000007889解析過程：520B0000表示因子編碼21003：氨氮0001表示單位：mg/L00003F00表示標樣參考濃度：0.5170101000000表示數(shù)據(jù)時間2017-01-0100:00:00T/XXXXXXX—20241EB83E85表示水樣測試結果0.264E0000000000