污染物在线监控(监测)系统数据传输标准(HJ 212-2017)

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2022-08-13 7976 words 16 minutes

Contents

中华人民共和国国家环境保护标准(HJ 212-2017 代替 HJ/T 212-2005)

污染物在线监控(监测)系统数据传输标准

前言

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，指导污染物在线监控(监测)系统的建设，规范数据传输，保证各种污染物监控监测仪器设备、传输网络和环保部门应用软件系统之间的连通，制定本标准。

本标准规定了污染物在线监控(监测)数据传输过程的数据格式和代码定义。本标准的附录 A、B 为规范性附录，附录 C、D 为资料性附录。本标准是对《污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准》(HJ/T 212-2005)的修订。本标准首次发布于 2005 年，本次为第一次修订。

本次修订的主要内容:

——扩充了标准的适用范围，新增污染物排放过程(工况)自动监控设备和监控中心之间的数据交换传输;

——新增了数据采集传输仪与在线监控(监测)仪器仪表之间的数据传输通讯协议;

——新增了现场机与上位机之间的数据传输网络;

——修改了设备唯一标识 MN 描述;

——修改了是否拆分包及应答标志 Flag 描述;

——删除了报警相关的字段对照表中字段、命令字、通讯示例;

——增加了污染物排放过程(工况)监控监测因子编码规则;

——明确了系统编码的分类，对扩充部分进行了定义;

——明确了命令的分类，扩充了命令;

——在代码定义章节中扩充了《执行结果定义表》;

——在代码定义章节中扩充了《请求返回表》;

——新增了《实时数据标记定义表》;

——在附录 A 循环冗余校验(CRC)增加了算法示例;

——扩充了《水监测因子编码表》和《气监测因子编码表》，引用并定义了新的污染物编码，单独列出了《声环境监测因子编码表》;

——新增了《污水排放过程(工况)监控处理工艺表》、《污水排放过程(工况)监控监测因子编码表》、《烟气排放过程(工况)监控处理工艺表》、《烟气排放过程(工况)监控监测因子编码表》、《现场端设备分类编码表》、《现场端信息分类编码表》、《现场端信息编码表》;

——完善并扩充了各条命令的通讯过程示例;

——新增了污水、烟气污染物排放量及均值的计算方法;

——新增了垃圾焚烧中关于炉膛焚烧温度的监测因子。自本标准实施之日起，《污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准》(HJ/T 212-2005)废止。

本标准由环境保护部环境监察局、科技标准司组织制订。本标准起草单位:西安交大长天软件股份有限公司、环境保护部信息中心、中国环境监测总站。本标准环境保护部 2017 年 4 月 24 日批准。

本标准自 2017 年 5 月 1 日起实施。

本标准由环境保护部解释。

污染物在线监控(监测)系统数据传输标准

1 适用范围

本标准适用于污染物在线监控(监测)系统、污染物排放过程(工况)自动监控系统与监控中心之间的数据传输，规定了传输的过程及参数命令、交互命令、数据命令和控制命令的格式，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。

本标准还规定了在线监控(监测)仪器仪表和数据采集传输仪之间的数据传输格式，同时给出了代码定义。

2 引用标准

本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是不注明日期的引用文件，其有效版本适用于本标准。

3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。

3.1 污染物在线监控(监测)系统 online monitoring systems of pollutant

由对污染物实施在线自动监控(监测)的仪器设备、数采仪、污染物排放过程(工况)自动监控设备和监控中心组成。

3.2 监控中心 monitoring center

安装在各级环保部门、通过传输网络与自动监控设备连接并对其发出查询和控制等指令的数据接收和数据处理系统，包括计算机及计算机软件等，本标准简称上位机。

3.3 在线自动监控(监测)设备 online monitoring equipment

安装在污染物监测点现场及影响污染物排放的工艺节点，用于监控、监测污染物排放状况和过程参数并完成与上位机通讯传输的设备，包括污染物监控(监测)仪器、流量(速)计、污染治理设施运行记录仪和数据采集传输仪等，本标准简称现场机。

3.4 数据采集传输仪 equipment of data collector and transmission

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(Programmable Automation Controller，PAC)或可编程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等，本标准简称数采仪。

3.5 污染治理设施 equipment of pollution treatment

用于治理污染物所需的设备、装置等，统称为污染治理设施。

3.6 排放过程(工况)监控(过程监控) process monitoring

根据工艺设计，对影响污染物排放的生产设施和污染治理设施(以下简称治理设施)运行的关键参数(包括诸如流量、温度、含氧量、压力等之工艺参数和诸如电流、电压、频率、转速等之电气参数) 进行的监测;结合企业生产工艺和末端监测数据，全面监控企业的生产设施和治理设施的运行、污染物治理效果和排放情况，判定污染物排放监测数据的合理性、真实性和可接受性，本标准称为排放过程(工况)监控。

3.7 清洗 clearance

在线监控设备在测试样品前，采用清水、水样、化学药剂等对进样管路及测量主体部件进行清洁润洗工作，以保障测量数据准确性，这个过程称为清洗。

3.8 反吹 blowback

在线监控(监测)仪器在测量过程中，为防止测量回路出现堵塞或测量回路不通畅影响测量结果，采用高压气体对测量回路定期自动进行吹扫，确保测量回路的畅通，这个过程称为反吹。

3.9 超标留样 sampling for overproof

污染物排放超标时触发自动采样设备采集污染物样本的过程称为超标留样。

3.10 零点校准 zero calibration

采用零点校正液作为试样进行测试，在线监测仪器的指示值校准为零，这个过程称为零点校准。

3.11 采样周期 sampling cycle

对于非连续在线监控(监测)仪器仪表，相邻两次采样之间的时间间隔称为采样周期。

3.12 比对采样 comparison sampling

在线监控(监测)仪器仪表采用标准样作为试样进行测试，验证在线监控(监测)仪器仪表监测结果准确性的过程称为比对采样。

3.13 量程校准 range calibration

采用量程校正液(或标准气样)作为试样进行测试，相对于在线监测仪器的测定量程，将仪器指示值校准为量程值，这个过程称为量程校准。

3.14 即时采样 immediate sampling

对于非连续在线监控(监测)仪器仪表，通过上位机发送指令使在线监控(监测)仪器仪表立即进入采样测试的过程称为即时采样。

3.15 出样时间 sampling time

对于非连续在线监控(监测)仪器仪表，从采样开始到产生测量结果所用的时间，称为出样时间。

4 系统结构

污染物在线监控(监测)系统从底层逐级向上可分为现场机、传输网络和上位机三个层次。

上位机通过传输网络与现场机进行通讯(包括发起、数据交换、应答等)。

污染物在线监控(监测)系统有两种构成方式:

1)一台(套)现场机集自动监控(监测)、存储和通讯传输功能为一体，可直接通过传输网络与上位机相互作用，如图 1 所示。

2)现场有一套或多套监控仪器仪表，监控仪器仪表具有数字输出接口，连接到独立的数据采集传输仪，上位机通过传输网络与数采仪进行通讯(包括发起、数据交换、应答等)，如图 2 所示。

5 协议层次

现场机与上位机通讯接口应满足选定的传输网络的要求，本标准不作限制。

本标准规定的数据传输协议对应于 ISO/OSI 定义的协议模型的应用层，在基于不同传输网络的现场机与上位机之间提供交互通讯。协议结构如图 3 所示。

由上述一种或多种通讯介质构成本标准所称的传输网络。本标准的应用层依赖于基础传输层，基础传输层采用 TCP/IP 协议(TCP/IP 协议有 4 层，即网络接口层，网络层，传输层，应用层)，TCP/IP 协议建构在所选用的传输网络上，由 TCP/IP 协议中的网络接口层实现与传输网络的接口，本标准的应用层替代 TCP/IP 协议中的应用层(只用其三层)，整个应用层的协议和具体的传输网络无关。

本标准与通讯介质无关。

6 通讯协议

6.1 应答模式

完整的命令由请求方发起、响应方应答组成，具体步骤如下:

1. 请求方发送请求命令给响应方;

2. 响应方接到请求后，向请求方发送请求应答(握手完成);

3. 请求方收到请求应答后，等待响应方回应执行结果;如果请求方未收到请求应答，按请求回应超时处理;

4. 响应方执行请求操作;

5. 响应方发送执行结果给请求方;

6. 请求方收到执行结果，命令完成;如果请求方没有接收到执行结果，按执行超时处理。

6.2 超时重发机制

6.2.1 请求回应的超时

 一个请求命令发出后在规定的时间内未收到回应，视为超时;  超时后重发，重发超过规定次数后仍未收到回应视为通讯不可用，通讯结束;  超时时间根据具体的通讯方式和任务性质可自定义;  超时重发次数根据具体的通讯方式和任务性质可自定义。

6.2.2 执行超时

请求方在收到请求回应(或一个分包)后规定时间内未收到返回数据或命令执行结果，认为超时，命令执行失败，请求操作结束。缺省超时及重发次数定义(可扩充)如表 1 所示。表 1 缺省超时及重发次数定义表

6.3 通讯协议数据结构

所有的通讯包都是由 ASCII 码(汉字除外，采用 UTF-8 码，8 位，1 字节)字符组成。通讯协议数据结构如图 4 所示。

6.3.1 通讯包结构组成

通讯包结构组成见表 2。

6.3.2 数据段结构组成

数据段结构组成见表 3，表 3 中“长度”包含字段名称、‘=’、字段内容三部分内容。

6.3.3 数据区 6.3.3.1 结构定义

字段与其值用‘=’连接;在数据区中，同一项目的不同分类值间用‘，’来分隔，不同项目之间用‘;’来分隔。

6.3.3.2 字段定义

6.3.3.2.1 字段名

字段名要区分大小写，单词的首个字符为大写，其他部分为小写。

6.3.3.2.2 数据类型

C4: 表示最多 4 位的字符型字符串，不足 4 位按实际位数; N5: 表示最多 5 位的数字型字符串，不足 5 位按实际位数; N14.2: 用可变长字符串形式表达的数字型，表示 14 位整数和 2 位小数，带小数点，带符号，最大长度为 18; YYYY: 日期年，如 2016 表示 2016 年; MM: 日期月，如 09 表示 9 月; DD: 日期日，如 23 表示 23 日; hh: 时间小时; mm: 时间分钟; ss: 时间秒; zzz: 时间毫秒。

6.3.3.2.3 字段对照表

字段对照表如表 4 所示，表 4 中“宽度”仅包含该字段的内容长度。

6.4 编码规则

本标准涉及的监测因子有三类，第一类是污染物因子，第二类是工况监测因子，第三类是现场端信息。污染物因子编码采用相关国家和行业标准 GB 3096-2008、HJ 524-2009、HJ 525-2009 进行定义，工况监测因子和现场端信息编码定义见以下章节。

6.4.1 工况监测因子编码规则工况监测因子编码格式采用六位固定长度的字母数字混合格式组成。字母代码采用缩写码，数字代码采由阿拉伯数字表示，采用递增的数字码。

工况监测因子编码分为四层(见图 5)。第一层:编码分类，采用 1 位小写字母表示，‘e’表示污水类、‘g’表示烟气类; 第二层:处理工艺分类编码，表示生产设施和治理设施处理工艺类别，采用 1 位阿拉伯数字或字母表示，即 1-9、a-b，具体编码参见附录 B 中的表 B.4《污水排放过程(工况)监控处理工艺表》和表 B.6《烟气排放过程(工况)监控处理工艺表》; 第三层:工况监测因子编码，表示监测因子或一个监测指标在一个工艺类型中代码，采用 2 位阿拉伯数字表示，即 01-99，每一种阿拉伯数字表示一种监测因子或一个监测指标; 第四层:相同工况监测设备编码，采用 2 位阿拉伯数字表示，即 01-99，默认值为 01，同一处理工艺中，多个相同监测对象，数字码编码依次递增。

6.4.2 现场端信息编码规则

现场端信息编码格式采用六位固定长度的字母数字混合格式。字母代码采用缩写码，数字代码采用阿拉伯数字表示，采用递增的数字码。现场端信息编码分为四层(见图 6): 第一层:编码分类，采用 1 位小写字母表示，‘i’表示设备信息。第二层:设备分类，表示现场设备的分类，采用 1 位阿拉伯数字或小写字母表示，即 1-5，具体编码参见附录 B 中的表 B.8《现场端设备分类编码表》。第三层:信息分类，表示信息分类，如日志、状态、参数等，采用 1 位阿拉伯数字或小写字母表示，即 1-5，具体编码参见附录 B 中表 B.9《现场端信息分类的编码表》。第四层:信息编码，表示现场设备的具体信息，采用 3 位阿拉伯数字或小写字母表示，即 001-zzz。现场端信息编码参见附录 B 中表 B.10《现场端信息编码表》。

6.5 通讯流程

6.5.1 请求命令(三步或三步以上) 请求命令流程图见图 7。

6.5.2 上传命令(一步或两步) 上传命令流程图见图 8。

6.5.3 通知命令(两步) 通知命令流程图见图 9 和图 10。

6.6 代码定义

6.6.1 系统编码(可扩充)

对应“图 4 通讯协议数据结构”中的系统编码。

6.6.1.1 类别划分

系统编码分为四类，每个类别表示一种系统类型: 10~29 表示环境质量类别; 30~49 表示环境污染源类别; 50~69 表示工况类别; 91~99 表示系统交互类别; A0~Z9 用于未知系统编码扩展。

6.6.1.2 系统编码方法

系统编码(见表 5)由两位取值 0~9、A~Z 的字符表示。表 5 系统编码表(引用 GB/T16706-1996)

6.6.2 执行结果定义(可扩充)

执行结果定义如表 6 所示。

6.6.3 请求命令返回(可扩充)

请求命令返回如表 7 所示。

6.6.4 数据标记(可扩充)

数据标记如表 8 所示。

6.6.5 命令编码(可扩充)

对应“图 4 通讯协议数据结构”中的命令编码。

6.6.5.1 类别划分

共有四类命令(即请求命令、上传命令、通知命令和交互命令)，命令编码分为以下四组: 1000~1999 表示初始化命令和参数命令编码; 2000~2999 表示数据命令编码; 3000~3999 表示控制命令编码; 9000~9999 表示交互命令编码。

6.6.5.2 命令编码方法

命令编码用 4 位阿拉伯数字表示，如表 9 所示。

6.7 数采仪与监控中心初始化通讯流程

数采仪与监控中心首次链接时，监控中心应对数采仪进行设置，具体操作如下:

数采仪时间校准;
超时数据与重发次数设置;
实时数据上报时间间隔设置;
分钟数据上报时间间隔设置;
实时数据是否上报设置;
污染治理设备运行状态是否上报设置。

7 在线监控(监测)仪器仪表与数采仪的通讯方式

在线监控(监测)仪器仪表与数采仪之间采用 RS-485 串行通讯标准实现数据通讯。

7.1 在线监控(监测)仪器仪表与数采仪的电气接口标准

推荐在线监控(监测)仪器仪表与数采仪采用两线制的 RS-485 接口，关于 RS-485 接口的电气标准，参照 RS-485 工业总线标准。在线监控(监测)仪器仪表和数采仪的 RS-485 接口应明确标明‘RS485+’、‘RS485-’等字样，以指示接线方法。

7.2 在线监控(监测)仪器仪表与数采仪的串行通讯标准

7.2.1 串行通讯总线结构在线监控(监测)仪器仪表与数采仪通讯总线结构为一主多从，见图 11 所示。

7.2.2 串行通讯传输协议

本标准推荐在线监控(监测)仪器仪表与数采仪的通讯协议采用 Modbus RTU 标准。 Modbus RTU 协议定义了一个与下层通信层无关的简单协议数据单元(PDU)。串行链路上的 Modbus RTU 帧如图 12 所示。(引用 GB/T19582-2008) ——在 Modbus RTU 串行链路上，地址字段只含有从机地址。 ——功能码指示指令要执行何种操作，功能码的后续数据是请求或响应数据字段。 ——差错检验字段是“报文内容”数据进行“循环冗余校验”计算所得结果，采用 CRC16 循环冗余校验算法。

7.3 串行通讯传输内容(可扩充)

表 10 串行通讯传输内容表

附录 A (规范性附录) 循环冗余校验(CRC)算法

CRC 校验(Cyclic Redundancy Check)是一种数据传输错误检查方法。本标准采用 ANSI CRC16，简称 CRC16。

CRC16 码由传输设备计算后加入到数据包中。接收设备重新计算接收数据包的 CRC16 码，并与接收到的 CRC16 码比较，如果两值不同，则有误。

CRC16 校验字节的生成步骤如下:

CRC16 校验寄存器赋值为 0xFFFF;
取被校验串的第一个字节赋值给临时寄存器;
临时寄存器与 CRC16 校验寄存器的高位字节进行“异或”运算，赋值给 CRC16 校验寄存器;
取 CRC16 校验寄存器最后一位赋值给检测寄存器;
把 CRC16 校验寄存器右移一位;
若检测寄存器值为 1，CRC16 校验寄存器与多项式 0xA001 进行“异或”运算，赋值给 CRC16 校验寄存器;
重复步骤 4~6，直至移出 8 位;
取被校验串的下一个字节赋值给临时寄存器;
重复步骤 3~8，直至被校验串的所有字节均被校验;
返回 CRC16 校验寄存器的值。校验码按照先高字节后低字节的顺序存放。

CRC 校验算法示例: /*****************************************************************************
CRC 校验(Cyclic Redundancy Check)是一种数据传输错误检查方法。本标准采用 ANSI CRC16， 简称 CRC16。
CRC16 码由传输设备计算后加入到数据包中。接收设备重新计算接收数据包的 CRC16 码，并与接 收到的 CRC16 码比较，如果两值不同，则有误。
函 数: CRC16_Checkout
描 述: CRC16 循环冗余校验算法。
参 数 一: *puchMsg:需要校验的字符串指针
参 数 二: usDataLen:要校验的字符串长度
返 回 值: 返回 CRC16 校验码******************************************************************************/
unsigned int CRC16_Checkout ( unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen )
{
    unsigned int i,j,crc_reg,check;
    crc_reg = 0xFFFF;
    for(i=0;i<usDataLen;i++)
    {
        crc_reg = (crc_reg>>8) ^ puchMsg[i];
        for(j=0;j<8;j++)
        {
          check = crc_reg & 0x0001;
          crc_reg >>= 1;
          if(check==0x0001)
          {
          crc_reg ^= 0xA001;
          }
        }
    }
        return crc_reg;
 }

示例:

##0101QN=20160801085857223;ST=32;CN=1062;PW=100000;MN=010000A8900016F000169DC0;Flag=5 ;CP=&&RtdInterval=30&&1C80\r\n，其中 1C80 为 CRC16 校验码，是对数据段 QN=20160801085857223; ST=32;CN=1062;PW=100000;MN=010000A8900016F000169DC0;Flag=5;CP=&&RtdInterval=30&&进行 CRC16 校验所得的校验码。

附录 B (规范性附录) 常用监测因子和设备信息编码表(可扩充)

注:下表中数据类型参考“6.3.3.2.2 数据类型”定义

表 B.1 水监测因子编码表(引用 HJ 525-2009)

表 B.2 气监测因子编码表(引用 HJ 524-2009)

表 B.3 声环境监测因子编码表 (选择 GB 3096-2008 中要求的作为监测项目)

表 B.4 污水排放过程(工况)监控处理工艺表

表 B.5 污水排放过程(工况)监控监测因子编码表

表 B.6 烟气排放过程表

表 B.7 烟气排放过程(工况)监控监测因子编码表

表 B.8 现场端设备分类编码表

表 B.9 现场端信息分类编码表

表 B.10 现场端信息编码表

附录 C (资料性附录) 通讯命令示例和拆分包及应答机制示例

示例说明:附录 C 示例中 QN=20160801085857223 表示在 2016 年 8 月 1 日 8 时 58 分 57 秒 223 毫秒触发一个命令请求，ST=32 表示系统类型为地表水体环境污染源，MN=010000A8900016F000169DC0 表示设备唯一标识，PW=123456 表示设备访问密码。