《油氣生產物聯網系統建設規范（Q／SY 10722）》的發展比較

王景鑫　王洪焱　范麗紅等

關鍵詞：油氣生產物聯網；All規范；標準比較

中圖法分類號：TP391 文獻標識碼：A

1引言

中國石油天然氣集團有限公司（以下簡稱“中石油”）作為國內最大的油氣生產企業，其油氣生產物聯網建設是國內石油行業物聯網建設的典型和示范。而中石油油氣生產物聯網系統的演進，是隨著物聯網技術的發展在動態調整的。其中，較為典型的是生產物聯網的建設指導標準——《石油生產物聯網系統建設規范（ Q/SY 10722）》（該系統在信息系統統建體系內編號為All，以下簡稱“All規范”）。A11規范歷經了兩次更迭，共有三個版本，其中最近的兩個分別是2014版本和2019版本。通過對這兩個版本的縱向對比和研究，可以探討中石油在生產物聯網建設方面的思路和實踐，為大型工業應用領域的物聯網建設提供一個極具研究價值的范例。而通過該研究形成的一些觀點，也可以作為今后中石油生產物聯網發展的參考。

2 A11規范簡介

中石油生產物聯網系統的核心指導文件是《石油生產物聯網系統建設規范（ Q/SY 10722）》，嚴格遵循“統一規劃、統一標準、統一設計、統一投資、統一建設、統一管理”的“六統一”原則。

A11規范共分為11個章節和若干技術附錄，全面、系統性地對油氣生產物聯網系統進行了闡述，并給出了具體的技術要求。其中，1～4章是概括性描述，5～8章是對系統模塊和分層的具體闡釋，9～11章則分別就系統數據組織、安全、建設等方面提出了規范性要求。此外，A11規范給出了20個技術附錄，對規范中涉及的各個方面給出了明確的要求。

3從標準變更審視石油行業物聯網技術的發展脈絡

通過逐項對比2014版本和2019版本的A11規范，我們得出了下列觀點。

3.1標準的體系化、規范化

在2014版本All規范中，其技術和管理要求引自公司內部發布的文件。例如，《中國石油天然氣集團公司信息化管理辦法中油信【2012】581號》《油氣田地面工程數字化建設規定》。在2019版本A11規范中，則刪除了對內部發布文件的引用，有關技術等標準統一使用了國家標準GB、國家推薦標準GB/T、行業標準等標準化規范文件。與此同時，老版中曾引用的內部文件，也同步進行了行業標準化，變更成石油標準（Q/SY，SY/T）中的標準。具體對比如圖1、圖2所示。

在2014版All規范中，存在對公司內部文件的引用。與之相對應的，在2019版中則完全是對國標、行標的引用。文件和引文的標準化過程，是技術要求的體系化和互相支撐聯系的固化，反映了All規范的發展變化歷程。

3.2技術覆蓋更全面

在2019版A11協議中增加了若干技術標準的引用，其中主要有視頻監控、工業通信網、LTE通信網遠程終端單元、物聯網參考體系結構、數據中心設計規范等。相比于2014版A11協議，本次修訂做到了油氣生產物聯網中全要素規范文件全覆蓋，對于具體的指導實施提供了完整的規范指南。同時，在當前版本中也刪除了一些過時的技術標準，如數傳電臺。

3.3內化的物聯網六域模型

在2019版A11協議中引入的GB/T 3347-2016物聯網參考體系結構，首次提出了完整的物聯網六域模型，這個概念已融入本規范的核心，在整體架構中得到了體現。具體如圖3所示。

3.4多樣化的通信網絡組織方式

油氣生產物聯網中的業務集中在目標對象域、感知控制域、服務提供域三個領域。其中，目標對象域與感知控制域直接連接，其連接方式是傳感器與設備對象實體之間的物理實體連接，其方式各不相同：而感知控制域與服務提供域之間的連接是信息流，屬于物聯網系統內信息流動的組織方式，其中包含多種多樣的接口。

在2019版A11規范中，充分考慮了當時技術發展變化的趨勢和項目實踐中累積的成果，新增加了多種通信方式，分別是1.8 GHz專網LTE通信方式、Lora通信方式、WirelessHART通信方式。此外，刪除了較為老舊的數傳電臺通信方式和MCWill通信方式。

A11規范中的通信網絡組織方式大致可以分為感知域到控制域之間的連接和控制域到服務提供域之間的連接兩類。再區分感知域中的儀表種類和連接到服務提供域的兩類系統實體，具體細分為四個類別，如圖4所示。

（1）無線儀表到RTU的無線連接（圖中編號①）；（2）有線儀表到RTU和DCS等的有線連接（圖中編號②）；（3） RTU到服務提供域的連接（圖中編號③）；（4）DCS等到服務提供域的連接（圖中編號④）。這四類連接方式基本涵蓋了中石油油氣生產物聯網使用的全部主流情況。

3.5網絡層級架構更加明確

在2019版All規范中，將系統架構描述從更具象化的系統示意圖變更為更抽象化的系統總體結構圖。弱化并變更了數據傳輸部分的層級（原來是單獨的一層），同時增加了信安體系和物聯網技術標準體系，作為貫穿整個系統的標準基石。另一個變動點是明確將系統分為兩個相互獨立而又相互聯系的部分，生產管理部分在網上辦公，主要側重于宏觀數據處理、分析、展示；平臺基礎能力提供部分主要工作在油田公司和集團公司層級上。數據采集監控更側重于現場控制、底層數據采集，工作在生產網，服務于現場管理，主要區域為作業區及以下層級。

3.6豐富和發展協議體系

從上述通信網絡組織部分可以看出，中石油油氣生產物聯網系統中貫穿的協議報文形式是MODBUS。在2014版A11規范中，借用MODBUS協議報文組織形式，對各種不同的儀器儀表通信協議進行了約定，初步實現了壓力、溫度、流量、電參量、載荷位移等常用信號量的統一采集和通信。這在A11規范中被稱為“All-GRM”協議。具體如圖5所示。

在2019版A11規范中，對A11-GRM協議做了進一步的擴展。增加了智能儀表協議規約（A11-MCFG/CT），實現了底層儀器儀表的自述功能和校準協議。通過協議的擴展，系統可以實現儀器儀表的自注冊、自發現、遠程校準等較為智能化的功能。具體如圖6所示。

另外，為了兼容載荷位移傳感器較大的報文，對MODBUS標準協議進行了容量擴充，使得在一個數據報文中傳送完整的載荷位移數據成為可能，這樣的改動避免了多個數據包的拆分和重組，簡化了數據通信過程。

4 A11規范的不足之處

雖然在2019版A11規范中有很多成熟、先進的理念設計，但其中也存在一些不足之處，需要進行修正。另外，近年來，物聯網技術與人工智能、邊緣計算、5G通信等技術呈現出互相交織，協同發展的態勢，發生了較大變化，取得了長足的進展。這些新的技術變化和發展趨勢，都應該引入A11規范中。如果按照每五年進行一次版本修訂，新的版本應于2024年發布。那么，針對A11規范中的不足和未來發展趨勢的預測，本文在此提出下列觀點，為將來新版本的編寫提供參考。

4.1視頻監控相關

在2019版A11規范中，攝像機的部分技術指標過于陳舊。隨著技術的發展，現在基本已經完成了視頻監控技術的數字化普及，1080P全高清系統已是標準配置，2K，4K等更高等級的監控系統也逐步成為主流，因此，在相應規范中對部分槍型攝像機仍然保持模擬攝像機的技術指標，顯然已經不足以指導當下的項目建設。建議在版本修訂時，對視頻監控系統進行與時俱進的技術更新。

4.2 1.8 GHz專網相關

在2019版A11規范中，對1.8 GHz專網通信提出了支持eMTC的要求。在撰寫該版本標準時，存在兩種定位相似的LPWA通信技術，分別是eMTC和NB-IoT。較為穩妥的方式是將兩種通信標準統一納入A11規范中。從現在的發展來看，實際占據市場主流的技術是NB-IoT，這對石油行業物聯網建設造成了一定障礙。

4.3公網通信通道

在A11規范中沒有對公網通信通道做出明確的技術要求。但在實際執行層面，井場視頻監控和部分邊遠井站的自建網成本很高，不具有經濟性。因此，很難避免通過公網的通道傳送業務數據，這就涉及采用何種方式保證業務安全的問題。在具體的項目中采用過多種方式，但遺憾的是，這些方式都沒有在A11規范中進行定義，客觀上是不利于物聯網系統建設的。

針對以上問題，希望可以在下一個版本的更新中得到考慮。屆時，我們將結合新的標準文本，進行進一步的縱向分析。作者簡介：

王景鑫（1977—），碩士，高級工程師，研究方向：物聯網技術、油氣田生產自動化。