《油气生产物联网系统建设规范（Q／SY 10722）》的发展比较

王景鑫　王洪焱　范丽红等

关键词：油气生产物联网；All规范；标准比较

中图法分类号：TP391 文献标识码：A

1引言

中国石油天然气集团有限公司（以下简称“中石油”）作为国内最大的油气生产企业，其油气生产物联网建设是国内石油行业物联网建设的典型和示范。而中石油油气生产物联网系统的演进，是随着物联网技术的发展在动态调整的。其中，较为典型的是生产物联网的建设指导标准——《石油生产物联网系统建设规范（ Q/SY 10722）》（该系统在信息系统统建体系内编号为All，以下简称“All规范”）。A11规范历经了兩次更迭，共有三个版本，其中最近的两个分别是2014版本和2019版本。通过对这两个版本的纵向对比和研究，可以探讨中石油在生产物联网建设方面的思路和实践，为大型工业应用领域的物联网建设提供一个极具研究价值的范例。而通过该研究形成的一些观点，也可以作为今后中石油生产物联网发展的参考。

2 A11规范简介

中石油生产物联网系统的核心指导文件是《石油生产物联网系统建设规范（ Q/SY 10722）》，严格遵循“统一规划、统一标准、统一设计、统一投资、统一建设、统一管理”的“六统一”原则。

A11规范共分为11个章节和若干技术附录，全面、系统性地对油气生产物联网系统进行了阐述，并给出了具体的技术要求。其中，1～4章是概括性描述，5～8章是对系统模块和分层的具体阐释，9～11章则分别就系统数据组织、安全、建设等方面提出了规范性要求。此外，A11规范给出了20个技术附录，对规范中涉及的各个方面给出了明确的要求。

3从标准变更审视石油行业物联网技术的发展脉络

通过逐项对比2014版本和2019版本的A11规范，我们得出了下列观点。

3.1标准的体系化、规范化

在2014版本All规范中，其技术和管理要求引自公司内部发布的文件。例如，《中国石油天然气集团公司信息化管理办法中油信【2012】581号》《油气田地面工程数字化建设规定》。在2019版本A11规范中，则删除了对内部发布文件的引用，有关技术等标准统一使用了国家标准GB、国家推荐标准GB/T、行业标准等标准化规范文件。与此同时，老版中曾引用的内部文件，也同步进行了行业标准化，变更成石油标准（Q/SY，SY/T）中的标准。具体对比如图1、图2所示。

在2014版All规范中，存在对公司内部文件的引用。与之相对应的，在2019版中则完全是对国标、行标的引用。文件和引文的标准化过程，是技术要求的体系化和互相支撑联系的固化，反映了All规范的发展变化历程。

3.2技术覆盖更全面

在2019版A11协议中增加了若干技术标准的引用，其中主要有视频监控、工业通信网、LTE通信网远程终端单元、物联网参考体系结构、数据中心设计规范等。相比于2014版A11协议，本次修订做到了油气生产物联网中全要素规范文件全覆盖，对于具体的指导实施提供了完整的规范指南。同时，在当前版本中也删除了一些过时的技术标准，如数传电台。

3.3内化的物联网六域模型

在2019版A11协议中引入的GB/T 3347-2016物联网参考体系结构，首次提出了完整的物联网六域模型，这个概念已融入本规范的核心，在整体架构中得到了体现。具体如图3所示。

3.4多样化的通信网络组织方式

油气生产物联网中的业务集中在目标对象域、感知控制域、服务提供域三个领域。其中，目标对象域与感知控制域直接连接，其连接方式是传感器与设备对象实体之间的物理实体连接，其方式各不相同：而感知控制域与服务提供域之间的连接是信息流，属于物联网系统内信息流动的组织方式，其中包含多种多样的接口。

在2019版A11规范中，充分考虑了当时技术发展变化的趋势和项目实践中累积的成果，新增加了多种通信方式，分别是1.8 GHz专网LTE通信方式、Lora通信方式、WirelessHART通信方式。此外，删除了较为老旧的数传电台通信方式和MCWill通信方式。

A11规范中的通信网络组织方式大致可以分为感知域到控制域之间的连接和控制域到服务提供域之间的连接两类。再区分感知域中的仪表种类和连接到服务提供域的两类系统实体，具体细分为四个类别，如图4所示。

（1）无线仪表到RTU的无线连接（图中编号①）；（2）有线仪表到RTU和DCS等的有线连接（图中编号②）；（3） RTU到服务提供域的连接（图中编号③）；（4）DCS等到服务提供域的连接（图中编号④）。这四类连接方式基本涵盖了中石油油气生产物联网使用的全部主流情况。

3.5网络层级架构更加明确

在2019版All规范中，将系统架构描述从更具象化的系统示意图变更为更抽象化的系统总体结构图。弱化并变更了数据传输部分的层级（原来是单独的一层），同时增加了信安体系和物联网技术标准体系，作为贯穿整个系统的标准基石。另一个变动点是明确将系统分为两个相互独立而又相互联系的部分，生产管理部分在网上办公，主要侧重于宏观数据处理、分析、展示；平台基础能力提供部分主要工作在油田公司和集团公司层级上。数据采集监控更侧重于现场控制、底层数据采集，工作在生产网，服务于现场管理，主要区域为作业区及以下层级。

3.6丰富和发展协议体系

从上述通信网络组织部分可以看出，中石油油气生产物联网系统中贯穿的协议报文形式是MODBUS。在2014版A11规范中，借用MODBUS协议报文组织形式，对各种不同的仪器仪表通信协议进行了约定，初步实现了压力、温度、流量、电参量、载荷位移等常用信号量的统一采集和通信。这在A11规范中被称为“All-GRM”协议。具体如图5所示。

在2019版A11规范中，对A11-GRM协议做了进一步的扩展。增加了智能仪表协议规约（A11-MCFG/CT），实现了底层仪器仪表的自述功能和校准协议。通过协议的扩展，系统可以实现仪器仪表的自注册、自发现、远程校准等较为智能化的功能。具体如图6所示。

另外，为了兼容载荷位移传感器较大的报文，对MODBUS标准协议进行了容量扩充，使得在一个数据报文中传送完整的载荷位移数据成为可能，这样的改动避免了多个数据包的拆分和重组，简化了数据通信过程。

4 A11规范的不足之处

虽然在2019版A11规范中有很多成熟、先进的理念设计，但其中也存在一些不足之处，需要进行修正。另外，近年来，物联网技术与人工智能、边缘计算、5G通信等技术呈现出互相交织，协同发展的态势，发生了较大变化，取得了长足的进展。这些新的技术变化和发展趋势，都应该引入A11规范中。如果按照每五年进行一次版本修订，新的版本应于2024年发布。那么，针对A11规范中的不足和未來发展趋势的预测，本文在此提出下列观点，为将来新版本的编写提供参考。

4.1视频监控相关

在2019版A11规范中，摄像机的部分技术指标过于陈旧。随着技术的发展，现在基本已经完成了视频监控技术的数字化普及，1080P全高清系统已是标准配置，2K，4K等更高等级的监控系统也逐步成为主流，因此，在相应规范中对部分枪型摄像机仍然保持模拟摄像机的技术指标，显然已经不足以指导当下的项目建设。建议在版本修订时，对视频监控系统进行与时俱进的技术更新。

4.2 1.8 GHz专网相关

在2019版A11规范中，对1.8 GHz专网通信提出了支持eMTC的要求。在撰写该版本标准时，存在两种定位相似的LPWA通信技术，分别是eMTC和NB-IoT。较为稳妥的方式是将两种通信标准统一纳入A11规范中。从现在的发展来看，实际占据市场主流的技术是NB-IoT，这对石油行业物联网建设造成了一定障碍。

4.3公网通信通道

在A11规范中没有对公网通信通道做出明确的技术要求。但在实际执行层面，井场视频监控和部分边远井站的自建网成本很高，不具有经济性。因此，很难避免通过公网的通道传送业务数据，这就涉及采用何种方式保证业务安全的问题。在具体的项目中采用过多种方式，但遗憾的是，这些方式都没有在A11规范中进行定义，客观上是不利于物联网系统建设的。

针对以上问题，希望可以在下一个版本的更新中得到考虑。届时，我们将结合新的标准文本，进行进一步的纵向分析。作者简介：

王景鑫（1977—），硕士，高级工程师，研究方向：物联网技术、油气田生产自动化。