王景鑫　王洪焱　范麗紅等

關鍵詞：油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)；All規(guī)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(nèi)最大的油氣生產(chǎn)企業(yè)，其油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設是國內(nèi)石油行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設的典型和示范。而中石油油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的演進，是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展在動態(tài)調(diào)整的。其中，較為典型的是生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的建設指導標準——《石油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設規(guī)范（ Q/SY 10722）》（該系統(tǒng)在信息系統(tǒng)統(tǒng)建體系內(nèi)編號為All，以下簡稱“All規(guī)范”）。A11規(guī)范歷經(jīng)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?qū)Ρ群脱芯?，可以探討中石油在生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設方面的思路和實踐，為大型工業(yè)應用領域的物聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的參考。

2 A11規(guī)范簡介

中石油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心指導文件是《石油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設規(guī)范（ Q/SY 10722）》，嚴格遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一投資、統(tǒng)一建設、統(tǒng)一管理”的“六統(tǒng)一”原則。

A11規(guī)范共分為11個章節(jié)和若干技術附錄，全面、系統(tǒng)性地對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)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(tǒng)模塊和分層的具體闡釋，9～11章則分別就系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織、安全、建設等方面提出了規(guī)范性要求。此外，A11規(guī)范給出了20個技術附錄，對規(guī)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(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展脈絡

通過逐項對比2014版本和2019版本的A11規(guī)范，我們得出了下列觀點。

3.1標準的體系化、規(guī)范化

在2014版本All規(guī)范中，其技術和管理要求引自公司內(nèi)部發(fā)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(shù)字化建設規(guī)定》。在2019版本A11規(guī)范中，則刪除了對內(nèi)部發(fā)布文件的引用，有關技術等標準統(tǒng)一使用了國家標準GB、國家推薦標準GB/T、行業(yè)標準等標準化規(guī)范文件。與此同時，老版中曾引用的內(nèi)部文件，也同步進行了行業(yè)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(guī)范中，存在對公司內(nèi)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(lián)系的固化，反映了All規(guī)范的發(fā)展變化歷程。

3.2技術覆蓋更全面

在2019版A11協(xié)議中增加了若干技術標準的引用，其中主要有視頻監(jiān)控、工業(yè)通信網(wǎng)、LTE通信網(wǎng)遠程終端單元、物聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范等。相比于2014版A11協(xié)議，本次修訂做到了油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中全要素規(guī)范文件全覆蓋，對于具體的指導實施提供了完整的規(guī)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(shù)傳電臺。

3.3內(nèi)化的物聯(lián)網(wǎng)六域模型

在2019版A11協(xié)議中引入的GB/T 3347-2016物聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)，首次提出了完整的物聯(lián)網(wǎng)六域模型，這個概念已融入本規(guī)范的核心，在整體架構(gòu)中得到了體現(xiàn)。具體如圖3所示。

3.4多樣化的通信網(wǎng)絡組織方式

油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)中的業(yè)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(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)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(guī)范中，充分考慮了當時技術發(fā)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(wǎng)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(shù)傳電臺通信方式和MCWill通信方式。

A11規(guī)范中的通信網(wǎng)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(qū)分感知域中的儀表種類和連接到服務提供域的兩類系統(tǒng)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(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)使用的全部主流情況。

3.5網(wǎng)絡層級架構(gòu)更加明確

在2019版All規(guī)范中，將系統(tǒng)架構(gòu)描述從更具象化的系統(tǒng)示意圖變更為更抽象化的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。弱化并變更了數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)技術標準體系，作為貫穿整個系統(tǒng)的標準基石。另一個變動點是明確將系統(tǒng)分為兩個相互獨立而又相互聯(lián)系的部分，生產(chǎn)管理部分在網(wǎng)上辦公，主要側(cè)重于宏觀數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集監(jiān)控更側(cè)重于現(xiàn)場控制、底層數(shù)據(jù)采集，工作在生產(chǎn)網(wǎng)，服務于現(xiàn)場管理，主要區(qū)域為作業(yè)區(qū)及以下層級。

3.6豐富和發(fā)展協(xié)議體系

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

在2019版A11規(guī)范中，對A11-GRM協(xié)議做了進一步的擴展。增加了智能儀表協(xié)議規(guī)約（A11-MCFG/CT），實現(xiàn)了底層儀器儀表的自述功能和校準協(xié)議。通過協(xié)議的擴展，系統(tǒng)可以實現(xiàn)儀器儀表的自注冊、自發(fā)現(xiàn)、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(xié)議進行了容量擴充，使得在一個數(shù)據(jù)報文中傳送完整的載荷位移數(shù)據(jù)成為可能，這樣的改動避免了多個數(shù)據(jù)包的拆分和重組，簡化了數(shù)據(jù)通信過程。

4 A11規(guī)范的不足之處

雖然在2019版A11規(guī)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(lián)網(wǎng)技術與人工智能、邊緣計算、5G通信等技術呈現(xiàn)出互相交織，協(xié)同發(fā)展的態(tài)勢，發(fā)生了較大變化，取得了長足的進展。這些新的技術變化和發(fā)展趨勢，都應該引入A11規(guī)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(fā)布。那么，針對A11規(guī)范中的不足和未來發(fā)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(jiān)控相關

在2019版A11規(guī)范中，攝像機的部分技術指標過于陳舊。隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在基本已經(jīng)完成了視頻監(jiān)控技術的數(shù)字化普及，1080P全高清系統(tǒng)已是標準配置，2K，4K等更高等級的監(jiān)控系統(tǒng)也逐步成為主流，因此，在相應規(guī)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(jīng)不足以指導當下的項目建設。建議在版本修訂時，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行與時俱進的技術更新。

4.2 1.8 GHz專網(wǎng)相關

在2019版A11規(guī)范中，對1.8 GHz專網(wǎng)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(wěn)妥的方式是將兩種通信標準統(tǒng)一納入A11規(guī)范中。從現(xiàn)在的發(fā)展來看，實際占據(jù)市場主流的技術是NB-IoT，這對石油行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設造成了一定障礙。

4.3公網(wǎng)通信通道

在A11規(guī)范中沒有對公網(wǎng)通信通道做出明確的技術要求。但在實際執(zhí)行層面，井場視頻監(jiān)控和部分邊遠井站的自建網(wǎng)成本很高，不具有經(jīng)濟性。因此，很難避免通過公網(wǎng)的通道傳送業(yè)務數(shù)據(jù)，這就涉及采用何種方式保證業(yè)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(guī)范中進行定義，客觀上是不利于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)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(jié)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(lián)網(wǎng)技術、油氣田生產(chǎn)自動化。