水文监测数据通信规约.pdf
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1、ICS 33n20M 04 S L中华人民共和国水利行业标准SL 6512014Transmission protocols for hydrologic monitoring data2014-0117发布 20140417实施盏中华人民共和国水利部发布中华人民共和国水利部水利部关于批准发布水利行业标准的公告()2014年第6号中华人民共和国水利部批准(SI。651 2014)为水利行业标准,现予以公布。序号 标准名称 标准编号 替代标准号 发布日期 实施日期- SL 65l一2014 2014117 2014417水利部2014年i月17日前言1范围2规范性引用文件3术语、符号和代号31术
2、语一32符号和代号-4 总则5数据采集通信规约51一般规定一52智能传感器通信协议”6报文传输规约61一般规定62报文帧结构框架一63链路传输规约目 次64 ASCII字符编码传输报文帧结构65 HEXBCD编码传输报文帧结构66报文正文结构附录A(规范性附录) 遥测站分类码附录B(规范性附录) 功能码定义附录c(规范性附录) 遥测信息编码要素及标识符汇总表附录D(规范性附录) 遥测站参数配置表定义附录E(规范性附录) 水文信息报文编码格式附录F(资料性附录) 蒲福氏风力等级表附录G(资料性附录) 人工置数编码要素及标识符附录H(资料性附录) 条文说明SL 65I-2014,000000008
3、uM踮弘盯蛇蛆眈们的SL 65l一2014丽 昌根据水利部水利行业标准制修订计划,依据GBT 112009标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写的要求,编制本标准。本标准共6章和8个附录,主要内容包括:一范围;规范性引用文件;术语、符号和代号;一总则;数据采集通信规约;报文传输规约。本标准为全文推荐。本标准批准部门:中华人民共和国水利部。本标准主持机构:水利部水文局。本标准解释单位:水利部水文局。本标准主编单位:水利部水利信息中心、长江水利委员会水文局、淮河水利委员会水文局、北京大学、浙江省水文局、水利部南京水利水文自动化研究所、水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心。本标准出版、
4、发行单位:中国水利水电出版社。本标准主要起草人:蔡阳、倪伟新、吴恒清、高繁民、林灿尧、陆云扬、陈智、何青、牛窖平、陈卫、丁强、祝明、孙春鹏、陈祖华、徐海峰、张建刚、王志毅。本标准审查会议技术负责人:朱星明。本标准体例格式审查人:朱星明。水文监测数据通信规约SL 651-20141范围本标准规定了水文监测系统中智能传感器与遥测终端的接口及数据通信协议、测站与中心站之间的数据通信协议。本标准适用于江河、湖泊、水库、近海、水电站、灌区及输水工程等各类水文监测系统和水资源监测(控)系统,亦适用于其他水利监测系统。2规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本
5、适用于本标准。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。GBT 2260-2007 中华人民共和国行政区划代码GBT 19677 2005水文仪器术语及符号GBT 19705-2005水文仪器信号与接口GBT 50095水文基本术语和符号标准SL 26水利水电工程技术术语SL 61水文自动测报系统技术规范SL 330一2011水情信息编码SL 502水文测站代码编制导则3术语、符号和代号31术语GBT 50095、SL 26界定的以及下列术语和定义适用于本标准。311水文监测系统hydrologic monitoring system用于对各类水文要素实施采集、传输、
6、处理的设施以及软硬件设备的总称。312智能传感器intelligent sensor特指配备串行接口并具有数据处理与通信功能的传感器。313水位基值water level reference value水文监测系统中用于水位监测的假定基面,它的取值是低于历史最低水位或河床最低点的高程值。对于水文测站,该值可采用测站基面。314相对水位relative water level水位真值与水位基值的差值。315水位修正值correction reference value of water level相对水位与传感器采集水位值之间的差值。注:水位修正值与水位真值之间的关系是:水位修正值一水位真值一水
7、位基值一传感器采集水位值。SL 651-2014316累计降水量accumulative total rainfall从某个时间起点开始(一般为1月1日的日起始时间)至统计结束时间(一般为报文编制相对应的观测时间)的降水量总值。317日降水量daily total rainfall24h降水量总值。注:统计时间起点一般为前一天日起始时间,截止时间为今日日起始时间。其观测时间用截止时间。318当前降水量current total rainfall最近日起始时间开始统计至当前时刻的降水总量。319当前蒸发current total evaporation最近日起始时间开始统计至当前时刻的蒸发总量。
8、3110时间步长measuring time interval等时段水文(水资源)要素数据观测时间的间隔。32符号和代号GBT 19677 2005、GBT 50095、SL 25等标准界定的以及表1中符号、代号和缩略语适用于本标准。衰1符号、代号和缩略语序号 符号、代号和缩略语 内 容3G 第三代移动通信技术支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术2 ADSL 非对称数字用户线环路3 ASCII 基于拉丁字母的一套电脑编码系统,规定了常用符号的二进制数表示方法4 BCD 二十进制编码5 BSC 由IBM公司提出,面向字符支持半双工通信的同步通信规程CDMA一1X 基于码分多址的蜂窝数字移动通信系统
9、网络分组交换技术CRC 循环冗余码校验 。8 GSMGPRS 基于全球移动通信系统的通用无线分组交换技术DDN 利用数字信道传输数据信号的数据传输网GSMSMSCDMASMS 移动通信中的短消息业务11 HEX 十六进制编码IC 集成电路13 IP 互联阿协议为计算机同络相互连接进行通信耐设计的协议JPG 全名JPEG,足24位的图像文件格式是面向连续色调静止图像的一种压缩标准应用于电子控制器上的一种通用协议和丁业标准通过它可以将不同厂商生产的控1 5 Modbus RTU制设备连成网络进行集中监控1 6 PSTN 公用电话变换网17 RS一232C 数字终端设备和数据电路终端设备日J使用串行
10、二进制数据交换的接口标准2衰1符号、代号和缩略语(续SL 6512014序号 符号、代号和缩略语 内 容EIA一422和RS一422是同义词t RS一422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电18 RS一422气特性”它定义了接口电路的特性19 RS一485 平衡数字多点系统用发生器和接收机的电特性接u标准一种将复接、线路传辅及交换功能融为一体并由统一网管系统操作的综合信息传SDH送网络基于微处理器的智能化监测传感器串行单一通道数据通信接口协议。在该协议支持21 SDI 12下可实现一对多点总线远距离连接和传送22 VSAT 甚小口径卫星终端站也称为卫星小数据站(小站)4总则41 各级各类水文
11、监测系统的设计与建设以及相关设备的生产制造应符合本标准的规定。42智能传感器与遥测终端设备之间的接口及数据通信协议应符合数据采集通信规约;遥测站与中心站之问的数据传输通信协议应符合报文传输规约。43本标准未能详尽的其他水利数据采集、传输规约可在本标准规定的框架下扩充。44水文监测系统涉及的仪器设备产品制造除应符合本标准规定外,还应符合相应国家标准、行业标准的要求。5数据采集通信规约51一般规定511智能传感器宜采用RS一485422、RS一232C、SDI一12等通用接口标准;通信协议宜采用ModbusRTU协议和SDI一12通信协议。512其他接口类水文仪器宜参照GBT 19705 2005
12、。52智能传感器通信协议521智能传感器Modbus RTU通信协议5211通信速率和字节帧结构通信波特率宜采用1200bits、2400bits、4800bits、9600bits、1 9200bits;字节帧结构为1个起始位0,8个数据位,1位停止位1,无奇偶校验位;低位在前,高位在后。5212数据帧基本格式数据帧基本格式见表2。除了校验值外,其他数据传输顺序为高位字节在前,低位字节在后。裹2数据帧基本格式地址 功能码 数据 校验1宁节 1字节 木定长 2字节52121地址地址域在帧的开始部分,由一个字节组成,范围为0255。3SL 651201452122功能码a)ModbusRTU通信
13、协议功能码分为三类:公共功能码、用户定义功能码和保留功能码,分配表见表3。表3 ModbusRTU通信协议功能码分配裹功能码区域 功能码类别 功能码区域 功能码类别164 公共功能码 1201 2 7 留作内部使用6572 用户定义功能码 1282S 5 用于异常应答73119 非法功能码b)常用公共功能码见表4。裹4常用公共功能码序号 功能码 说 明 序号 功能码 说 明01H 读取线圈状态 8 08H 进诊断校验2 02H 读取输入状态 9 OBH 读取事件计数03H 读取保持寄存器 10 0FH 写多个线圈04H 读取输入寄存嚣 lOH 写多个寄存器05H 写单个线圈 11H 报告从机标
14、识06H 写单个寄存器 13H 重置通信链路7 07H 读取异常状态52123数据数据包含了智能传感器执行特定功能所需要的数据或者智能传感器响应查询时采集到的数据。数据类型可以是整型数、定点数、十进制浮点数。常用水文要素在协议中所用寄存器地址及数据长度应符合表5的规定。表5常用水文耍蠢所用寄存地址及量据长度水文参量传感器 寄存器地址 数据字节数 数据结构 说 明智能降雨量传感器 0000H I六进制整型散 数据为累计量,量纲为0 1mm智能水位传感器 0002H f六进制整型数 单位为mm其他传感器 0004H 自定义52124校验校验使用1 6位循环冗余码(CRCl6),校验码前所有字节参与
15、校验计算,生成多项式为:x”+X15+X2+15213查询数据标准通信方式采用遥测终端设备(主机)发出查询数据帧,传感器返回响应数据帧或错误指示帧。通常采用公共功能码03H读寄存器数据。查询数据帧结构见表6,响应数据帧结构见表7,错误指示帧结构见表8。4裹6查询数据帧结构SL 65l-2014序号 名称 字节数 说明传感器地址 1 oFFH功能码 1 03H起始地址 2 0FFFFH4 寄存器数量 017DOH5 校验 CRCl6低位字竹在胁裹7响应数据帧结构序 呼 名称 字节散 说明传感器地址2 功能码数据长度 1寄存器值 2N N为寄存器的数聩校验 2 CRCl 6,低位宁节在前表8错误指
16、示帻结构序号 名称 字节数 说明传感器地址 oFFH2 功能码(差错) 83H3 异常码 1 01或02或03或04枝验 2 CRCl6,低位字节在前522智能传感器SDI一12通信协议智能传感器采用SDI一12通用接口标准时,应采用SDI一12串行数据接口通信协议,遵照SDI一12标准V13版本的相关规定执行。智能传感器采用RS一485、RS一232C等通用接口标准时,也可参照SDI一12串行数据接口通信协议执行。6报文传输规约61一般规定611本规约在一种报文帧结构框架内,规定了ASCII字符编码和HEXBCD编码的两种报文编码结构;其通信协议基于面向字符异步通信方式。612在水文监测系统
17、设计与建设时,应根据采用的数据传输信道类型及其特性和项目需求,选择ASCII字符编码或HExBcD编码帧结构,从本规约规定的报文结构中选择适宜的报文正文、要素编码组合,确定适合于信道传输的单帧报文长度。数据报文、查询命令以及设置(控制)命令报文应采用同一种编码结构,不应交叉使用。613遥测站分类码编码规定见附录A,功能码定义见附录B,编码要素及标识符规定见附录C遥测站参数配置标识符见附录D。对于未做规定的遥测站分类码、功能码、编码要素及标识符、遥测站参数配置标识符,可在预留的自定义区间内加以扩展定义。在ASCII字符编码或HEXBCD编码帧结构中,功能码、编码要素及标识符、遥测站参数配置应采用
18、相应的编码方式。614不同信道传输波特率的选择应满足SL 61的相关规定。5SL 651201462报文帧结构框架621帧基本单元帧基本单元为字节,每字节包含8个数据位、1个起始位0和1个停止位“1,无校验。帧基本单元结构见表9。裹9帧基本单元结构起始位 8个散据位 停止位“o” DO D】 D2 )3 )4 D5 DS D7 “】”622报文帧控制字符定义报文帧控制字符定义见表10。ASCII字符编码的帧起始采用SOH(01H),HEXBCD编码的帧起始采用7E7EH,其他控制字符在两种编码结构中的定义相同。裹10报文帧控制字符定义控制字符代码 对应编码 功 能 使用说明SoH ASCII字
19、符编码撮文帧起始帧起始7E7EH HEXBCD编码报文帧起始STX 02H 传输正文起始SYN 16H 多包传输正文起始 多包发送t一次确认的传输模式中使用ETX 03H 报文结束,后续无报文 作为报文结束符,表示传输完成等待退出通信ETB 17H 报文结束,后续有报文 在报文分包传输时作为报文结束符,表示传输未完成,开=叮退出通信ENQ 05H 询问 作为下行查询及控制命令帧的报文结束符EOT 04H 传输结束,退出 作为传糖结束确认帧报文结束符表示町以退出通信ACK 06H 肯定确认t继续发送 作为有后续搬文帧的“确认帧”报文结束符NAK 】5H 否定应菩反馈重发 用于要求肘方重发某数据包
20、的撮文结束符在下行确认帧代替EOT作为报文结束符,要求终端在线。保持在线ESC1BH 传输结束终端保持在线10rain内若没有接收到中心站命令,终端退回原先设定的【作状态623报文帧结构6231帧结构框架规定水文监测数据传输的通信协议应采用表11规定的上行报文帧结构框架,表1 2规定的下行报文帧结构框架。不管传输的字符采用何种编码,均应满足此帧结构框架规定。传输顺序为高位字节在前,低位字节在后。表11上行报文帧结构框架序号 名 称 编码说明1 帧起始符 01H7E7EH中心站地址 范围为1255报头3 遥测站地址密码6衰儿上行报文帧培构框槊l壤SL 65l一2014序号 名 称 编码说明5 功
21、能码6 报文上下行标识及长度报头报文起始符 STXSYN8 包总数及序列号 报文起始符为SYN时编人该组,其他情况下省略9 报文正文10 报文结束符 ETBETX校验码前所有字节的CRC校验,生成多项式:x16+x”+x2+ 校验码l t高位字节在前,低位字节在后寰12下行报文帧结构框架序号 名 称 编码说明帧起始符 01HTE7EH2 遥测站地址中心站地址 范围为1255密码报头功能码报文上下行标识及长度7 报文起始符 STXSYN包总数及序列号 报文起始符为SYN时绾人谖组,其他情况下省略9 报文正文10 报文结束符 ENQACKNAKEOTESC校验码 见表11说明6232遥测站地址编码
22、遥测站地址编码由5字节构成(A5A1),其中A5为高位字节,A1为低位字节。编码应遵循下列规定:a)水文遥测站地址编码见表13,采用5字节BCD码。首字节为oo,后4字节编码方式按照SL502的规定执行。裹13水文遥测站地址码水文遥测站地址组成A5 A4 A3 A2 A100 遥测站地址,按照SL 502的规定编制b)其他遥测站地址编码见表14,由5个字节混合编码组成,中心站解码时还原为6个字节BCD码。前三个字节A5、A4、A3采用GB 2260-2007规定的行政区划代码的前6位,A5为省(自治区、直辖市)码,A4为地(市、州、盟)码,A3为县(市、区、旗)码;A5、A4、A3采用BCD码
23、。后2个字节A2、A1为遥测站地址自定义段,采用HEX码,中心站解码时还原为3个字节BCD码;每个县遥测站选址自定义范围为160000,中继站选址范围为6000165534。65535为广播地址,0为无效地址。遥测站地址编制部门应保证遥测站地址的唯一性。7SL 651-2014衰14其他遥测站地址编码其他遥测站地址组成A5 A4 A3 A2 Al遥测站地址臼定义160000采用GB 2260 2007规定的行政区划代码的前6位巾继站地址自定义6000I6 55346233密码编制规则密码为2字节HEX码,由中心站生成,中心站应能远程统一修改遥测终端密码。遥测终端应设定初始密码,入网后应及时更改
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