地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器通訊協(xié)議技術(shù)規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）

1T/XXXXXXX—2024地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器通訊協(xié)議技術(shù)規(guī)范本標(biāo)準(zhǔn)適用于水站的數(shù)采儀與平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸，規(guī)定了傳輸?shù)倪^(guò)程及數(shù)據(jù)命令的格式，給出了代碼定義，本標(biāo)準(zhǔn)允許擴(kuò)展，但擴(kuò)展內(nèi)容時(shí)不得與本標(biāo)準(zhǔn)中所使用或保留的控制命令相沖突。具體明確了用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)站，包括固定式、簡(jiǎn)易式、小型式、浮船式水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站等。本標(biāo)準(zhǔn)適用于上述水站新建、改造升級(jí)的驗(yàn)收依據(jù)，同時(shí)也適用于平臺(tái)的驗(yàn)收要求。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(duì)應(yīng)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)HJ212污染物在線監(jiān)控（監(jiān)測(cè)）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)HJ915地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范GB19582基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范術(shù)語(yǔ)和定義3術(shù)語(yǔ)與定義HJ915界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。在線監(jiān)測(cè)儀器是安裝在地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)，用于監(jiān)測(cè)地表水環(huán)境質(zhì)量的設(shè)備，包括監(jiān)控（監(jiān)測(cè)）儀器、流量（速）計(jì)等。3.2數(shù)據(jù)采集傳輸儀（dataacquisit采集各種類(lèi)型監(jiān)控儀器儀表的數(shù)據(jù)、完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及與上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸通訊功能的單片機(jī)、工控機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)、可編程自動(dòng)化控制器（PLC）或可編程控制器，以下簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)采儀或基站。地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的五項(xiàng)常規(guī)項(xiàng)目：水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率和濁度。參與曲線方程計(jì)算的數(shù)值，比如：吸光度、步數(shù)、ml、秒。2T/XXXXXXX—2024在線監(jiān)測(cè)儀器與數(shù)采儀之間通信協(xié)議采用ModbusRTU標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)采儀作為Modbus主機(jī)，每臺(tái)在線監(jiān)測(cè)儀器作為Modbus從機(jī)。圖1Modbus主從通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)協(xié)議適用接口描述：（1）適用于RS-485通訊接口通訊；（2）每個(gè)RS-485接口可以同時(shí)連接多個(gè)在線監(jiān)測(cè)儀器；（3）適用于RS-232通訊接口通訊；（4）也可擴(kuò)展用于TCP/IP通訊方式；（5）注意擴(kuò)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(cè)儀器與數(shù)采儀之間通訊協(xié)議采用ModbusRTU標(biāo)準(zhǔn)，可承載在多種通訊接口上。圖2ModbusRTU協(xié)議層次圖在線監(jiān)測(cè)儀器與數(shù)采儀之間通信協(xié)議采用ModbusRTU標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)Modbus寄存器定義通信數(shù)據(jù)內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了通信流程和應(yīng)答機(jī)制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、報(bào)文格式、數(shù)據(jù)標(biāo)記、命令編碼、系統(tǒng)代碼和數(shù)據(jù)類(lèi)型及上傳時(shí)間間隔。3T/XXXXXXX—20246.1.1報(bào)文幀結(jié)構(gòu)表1Modbus報(bào)文結(jié)構(gòu)表名稱(chēng)類(lèi)型長(zhǎng)度（字節(jié)）描述設(shè)備地址BYTE1對(duì)應(yīng)儀器中的設(shè)備地址，用于區(qū)分掛在同一個(gè)485總線下不同在線監(jiān)測(cè)儀器。取值范圍1~247功能碼BYTE1功能碼定義見(jiàn)6.1.2數(shù)據(jù)BYTE[n]N變長(zhǎng)數(shù)據(jù)，伴隨功能碼、應(yīng)答模式不同而不同CRCWORD2ModbusCRC16校驗(yàn)結(jié)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(lèi)型備注0x03讀整形、浮點(diǎn)、字符讀多個(gè)寄存器0x10寫(xiě)整形、浮點(diǎn)、字符寫(xiě)多個(gè)寄存器6.1.3報(bào)文應(yīng)答格式6.1.3.1功能碼（0x03）讀主機(jī)請(qǐng)求：設(shè)備地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量CRCHCRCL設(shè)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(kāi)始地址；寄存器數(shù)量：要讀取的寄存器的個(gè)數(shù)；從機(jī)應(yīng)答：4T/XXXXXXX—2024設(shè)備地址功能碼數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)CRCHCRCL...設(shè)備地址：下位機(jī)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(cuò)誤應(yīng)答：設(shè)備地址(1BYTE)+出錯(cuò)功能碼+錯(cuò)誤類(lèi)型(1BYTE)+CRC校驗(yàn)注意出錯(cuò)功能碼是功能碼BYTE最高位取反得到。例如0x03出錯(cuò)功能碼為0x83錯(cuò)誤類(lèi)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(shè)備故障05確認(rèn)06從屬設(shè)備忙注：以上錯(cuò)誤類(lèi)型為ModbusRTU標(biāo)準(zhǔn)含義。示例：讀取命令：010300000002C40B（設(shè)備地址01）020300000002C438（設(shè)備地址02）其中設(shè)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(zhǎng)度為2個(gè)字）+CRC校驗(yàn)（C40B）應(yīng)答報(bào)文：設(shè)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(shí)際為16進(jìn)制數(shù)42B741CB對(duì)應(yīng)的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)為91.63）+CRC校驗(yàn)（EF27）。6.1.3.2功能碼（0x10）寫(xiě)主機(jī)請(qǐng)求：5T/XXXXXXX—2024設(shè)備地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量字節(jié)數(shù)CRCHCRCL...設(shè)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(kāi)始地址寄存器數(shù)量：要寫(xiě)入寄存器的個(gè)數(shù)字節(jié)數(shù)：寫(xiě)入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)：要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)注意如寫(xiě)一個(gè)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(gè)WORD。從機(jī)應(yīng)答：設(shè)備地址功能碼寄存器地址寄存器數(shù)量CRCHCRCL2B2B示例：主機(jī)發(fā)送：0110006B000204000F06088651從機(jī)回復(fù)：0110006B00023014錯(cuò)誤應(yīng)答：設(shè)備地址（1BYTE）+出錯(cuò)功能碼+錯(cuò)誤類(lèi)型（1BYTE）+CRC校驗(yàn)注意出錯(cuò)功能碼是功能碼BYTE最高位取反得到。例如0x03出錯(cuò)功能碼為0x83錯(cuò)誤類(lèi)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(shè)備故障05確認(rèn)06從站設(shè)備忙注：以上錯(cuò)誤類(lèi)型為ModbusRTU標(biāo)準(zhǔn)含義。6.1.4應(yīng)用規(guī)約表3Modbus數(shù)據(jù)類(lèi)型定義表數(shù)據(jù)類(lèi)型描述及要求無(wú)符號(hào)單字節(jié)整型（字節(jié)，8位）WORD無(wú)符號(hào)2字節(jié)整型（字，16位）6T/XXXXXXX—2024DWORD無(wú)符號(hào)4字節(jié)整型（雙字，32位）4字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)型（字節(jié)，32位）IEEE754標(biāo)準(zhǔn)DOUBLE8字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)型（字節(jié)，64位）BYTE[n]STRINGGBK編碼，采用0終結(jié)符，若無(wú)數(shù)據(jù)，則放一個(gè)0終結(jié)符CHAR[n]N個(gè)字符，ASCII年（BYTE）-月（BYTE）-日（BYTE）-時(shí)（BYTE）-分（BYTE）-秒（BYTE）其中：年=byte+2000，月：1-12，日：1-31，時(shí)：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(lái)傳遞WORD、DWORD、FLOAT、DOUBLE。對(duì)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(chēng)開(kāi)始地址偏移結(jié)束地址偏移寄存器數(shù)量描述測(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)0x10000x107F測(cè)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(guān)鍵參數(shù)區(qū)0x10A00x10FF96關(guān)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(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)（0x1000—0x107F）表5測(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)寄存器定義表區(qū)間名稱(chēng)寄存器偏移數(shù)據(jù)類(lèi)型寄存器描述讀寫(xiě)備注測(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)0x1000DWORD因子編碼R見(jiàn)附表B-1因子編碼及修約表0x10010x1002WORD單位R見(jiàn)附表B-2單位編碼表0x1003WORD當(dāng)前量程R0x1004當(dāng)前量程標(biāo)樣參考值R0x10050x1006水樣數(shù)據(jù)時(shí)間R年、月7T/XXXXXXX—20240x10070x1008分、秒0x1009水樣實(shí)測(cè)值R0x100A0x100BWORD水樣數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)R見(jiàn)附表B-3數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)表0x100C標(biāo)樣核查數(shù)據(jù)時(shí)間R年、月0x100D0x100E分、秒0x100F標(biāo)樣核查實(shí)測(cè)值R0x10100x1011WORD標(biāo)樣核查數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)R見(jiàn)附表B-3數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)表0x1012空白測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)間R年、月0x10130x1014分、秒0x1015空白測(cè)試實(shí)測(cè)值R0x10160x1017WORD空白測(cè)試數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)R見(jiàn)附表B-3數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)表0x1018零點(diǎn)核查數(shù)據(jù)時(shí)間R年、月0x10190x101A分、秒0x101B零點(diǎn)核查實(shí)測(cè)值R0x101C0x101DWORD零點(diǎn)核查數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)R見(jiàn)附表B-3數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)表0x101E跨度核查數(shù)據(jù)時(shí)間R年、月0x101F0x1020分、秒0x1021跨度核查實(shí)測(cè)值R0x10220x1023WORD跨度核查數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)R見(jiàn)附表B-3數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)表0x1024加標(biāo)回收數(shù)據(jù)時(shí)間R年、月0x10250x1026分、秒0x1027加標(biāo)回收實(shí)測(cè)值R8T/XXXXXXX—20240x10280x1029WORD加標(biāo)回收數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)R見(jiàn)附表B-3數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)表0x102A平行樣數(shù)據(jù)時(shí)間R年、月0x102B0x102C分、秒0x102D平行樣實(shí)測(cè)值R0x102E0x102FWORD平行樣數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)R見(jiàn)附表B-3數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)表R預(yù)留0x107FR預(yù)留因子編碼及數(shù)據(jù)修約，見(jiàn)附表B-1因子編碼及修約表。單位編碼，見(jiàn)附表B-2單位編碼表。數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，見(jiàn)附表B-3數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)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(chēng)寄存器偏移數(shù)據(jù)類(lèi)型寄存器描述讀寫(xiě)備注區(qū)0x1080系統(tǒng)時(shí)間R年、月0x10810x1082分、秒0x1083WORD工作狀態(tài)R見(jiàn)附表B-4儀器工作狀態(tài)定義表0x1084WORD測(cè)量模式R1連續(xù)模式2周期模式3定點(diǎn)模式4受控模式5手動(dòng)模式0x1085WORD告警代碼R見(jiàn)附表B-5告警信息表0x1086WORD故障代碼R見(jiàn)附表B-6故障信息表0x1087WORDR0x1088WORD軟件版本R0x10899T/XXXXXXX—20240x108A0x108BWORD零點(diǎn)核查間隔R分鐘0x108CWORD跨度核查間隔R分鐘0x108DWORD標(biāo)樣核查間隔R分鐘0x108E消解池實(shí)時(shí)溫度R單位:攝氏度0x108F0x1090混樣池實(shí)時(shí)溫度R單位:攝氏度0x1091R預(yù)留0x109FR預(yù)留工作狀態(tài)，見(jiàn)附表B-4儀器工作狀態(tài)定義表。告警代碼，見(jiàn)附表B-5告警信息表。故障代碼，見(jiàn)附表B-6故障信息表。6.2.3關(guān)鍵參數(shù)區(qū)（0x10A0—0x10FF）表7關(guān)鍵參數(shù)區(qū)寄存器定義表名稱(chēng)寄存器偏移數(shù)據(jù)類(lèi)型寄存器描述讀寫(xiě)備注0x10A0WORD測(cè)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(shí)長(zhǎng)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(biāo)定日期R年、月T/XXXXXXX—20240x10ACR0x10ADR分、秒0x10AE標(biāo)液一濃度R0x10AFR0x10B0標(biāo)液一測(cè)量過(guò)程值R0x10B1R0x10B2標(biāo)液二濃度R0x10B3R0x10B4標(biāo)液二測(cè)量過(guò)程值R0x10B5R0x10B6標(biāo)液三濃度R0x10B7R0x10B8標(biāo)液三測(cè)量過(guò)程值R0x10B9R0x10BA標(biāo)液四R0x10BBR0x10BC標(biāo)液四測(cè)量過(guò)程值R0x10BDR0x10BE標(biāo)液五R0x10BFR0x10C0標(biāo)液五測(cè)量過(guò)程值R0x10C1R0x10C2R0x10C3R0x10C4DWORD試劑余量R0x10C5R0x10C6測(cè)量過(guò)程值R0x10C7R0x10C8空白校準(zhǔn)時(shí)間R年、月0x10C9R0x10CAR分、秒0x10CB標(biāo)樣校準(zhǔn)時(shí)間R年、月0x10CCRT/XXXXXXX—20240x10CDR分、秒0x10CE檢出限值R0x10CFR0x10D0校準(zhǔn)系數(shù)R0x10D10x10D2WORD[6]設(shè)備序列號(hào)R0x10D30x10D40x10D50x10D60x10D70x10D8二次多項(xiàng)式系數(shù)R擴(kuò)展（直線方程時(shí)為0）0x10D90x10DA空白標(biāo)定過(guò)程值R擴(kuò)展（標(biāo)定曲線時(shí)的空0x10DB0x10DC空白校準(zhǔn)過(guò)程值R擴(kuò)展（空白校準(zhǔn)的空白過(guò)程值）0x10DD0x10DE標(biāo)樣校準(zhǔn)參考值R擴(kuò)展0x10DF0x10E0標(biāo)樣校準(zhǔn)過(guò)程值R擴(kuò)展0x10E10x10E2WORD顯色溫度R擴(kuò)展0x10E3WORD顯色時(shí)間R擴(kuò)展R預(yù)留0x10FFR預(yù)留表8常規(guī)五參數(shù)寄存器定義表名稱(chēng)寄存器偏移數(shù)據(jù)類(lèi)型寄存器描述讀寫(xiě)備注關(guān)鍵參數(shù)0x10A0WORD測(cè)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(dǎo)率量程下限R0x10AA0x10AB電導(dǎo)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(qiáng)度R溶解氧電極電位或熒光強(qiáng)度0x10B60x10B7電導(dǎo)率電極電位R0x10B80x10B9濁度散光量R0x10BA0x10BBWORD[6]設(shè)備序列號(hào)R0x10BC0x10BD0x10BE0x10BF0x10C0R預(yù)留0x10FFR預(yù)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(chēng)寄存器偏移數(shù)據(jù)類(lèi)型寄存器描述讀寫(xiě)備注控制命令區(qū)0x1200WORD控制命令碼W見(jiàn)附表B-7控制命令表0x1201BYTE[n]控制命令參數(shù)...0x12FF控制命令，見(jiàn)附表B-7控制命令表。6.3.1錯(cuò)誤應(yīng)答報(bào)文表10錯(cuò)誤應(yīng)答報(bào)文示例表錯(cuò)誤碼錯(cuò)誤類(lèi)型示例報(bào)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(shè)備故障01830440f30x06從站設(shè)備忙018306c132注意這里的0x83是出錯(cuò)功能碼，是請(qǐng)求報(bào)文功能碼字節(jié)最高位取反得到。例如0x03出錯(cuò)功能碼為0x83。6.3.2數(shù)據(jù)讀取報(bào)文（1）數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求報(bào)文：01031000001040C6應(yīng)答報(bào)文：010320520B0000000100003F001701010000001EB83E854E00000000000000000000007889解析過(guò)程：520B0000表示因子編碼21003：氨氮0001表示單位：mg/L00003F00表示標(biāo)樣參考濃度：0.5170101000000表示數(shù)據(jù)時(shí)間2017-01-0100:00:00T/XXXXXXX—20241EB83E85表示水樣測(cè)試結(jié)果0.264E0000000000