《面向陆上油气生产的物联网系统技术要求gbt 42028-2022》详细解读

《面向陆上油气生产的物联网系统技术要求gb/t42028-2022》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4缩略语5系统架构5.1系统架构contents目录5.2系统模型6系统功能6.1总体要求6.2目标对象域6.3感知控制域6.4服务提供域6.5运维管控域contents目录6.6资源交换域6.7用户域6.8域间接口7系统性能7.1总体要求7.2系统可用性7.3系统可靠性contents目录7.4系统兼容性7.5系统安全性附录A(规范性)OGIoT-GRM无线协议附录B(规范性)井场无线通信模式附录C(规范性)RTU数据存储要求011范围本标准适用于陆上油气田生产过程中的物联网系统规划、设计、建设、运行和维护。油气田生产涵盖油气管道输送中的物联网技术应用，包括监测、控制、管理等方面。管道输送涉及炼油、化工等生产环节中物联网系统的技术要求和实施规范。炼油与化工标准适用领域010203涉及的技术要素数据处理与分析技术对物联网系统中数据的采集、存储、处理和分析提出技术要求，以支持生产决策和优化。网络通信技术规定物联网系统中网络通信的技术标准，确保数据传输的可靠性、安全性和实时性。物联网感知技术包括传感器、执行器、RFID等感知设备的技术要求。海上油气生产本标准不适用于海上油气生产过程中的物联网系统技术要求。非生产性应用物联网技术在非生产性领域（如智能家居、智慧城市等）的应用不在本标准讨论范围内。不适用的范围022规范性引用文件GB/TXXXX.X-XXXX该标准详细规定了物联网系统的通用技术要求，包括系统架构、数据传输、信息安全等方面的内容，为油气生产物联网系统的设计和实施提供了基础指导。GB/TXXXX.X-XXXXGB/TXXXX.X-XXXX引用标准此标准主要涉及物联网系统中传感器的技术要求和测试方法，确保传感器在油气生产环境中的准确性和可靠性。该标准规定了物联网系统中数据传输与通信的协议和规范，保障数据在传输过程中的完整性和安全性。该文件对油气田的数字化管理进行了详细规定，包括数据采集、传输、存储、处理和应用等方面的要求，与物联网系统技术要求相辅相成。《油气田数字化管理规范》此文件为油气生产物联网系统的建设提供了全面的指导和建议，涵盖了系统设计、设备选型、安装调试、运行维护等多个方面。《油气生产物联网系统建设指南》相关技术文件033术语和定义物联网系统定义通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。在油气生产中的应用物联网系统可应用于油气田生产现场的数据采集、远程监控、生产优化等方面，提高生产效率和安全性。物联网系统数据采集通过传感器、智能仪表等设备，实时采集油气生产过程中的各种数据，如压力、温度、流量等。监控系统对采集到的数据进行处理、分析和可视化展示，以便及时发现异常情况并进行处理。数据采集与监控系统定义能够自动感知环境变化并通过网络进行数据传输的传感器。在油气生产中的作用智能传感器可用于实时监测油气井、管道等设备的状态，及时发现潜在的安全隐患。智能传感器一种基于互联网的计算方式，通过共享软硬件资源和信息，能按需提供给计算机和其他设备。云计算定义提供强大的数据存储、处理和分析能力，支持海量数据的实时处理和历史数据的深度挖掘。在油气生产物联网系统中的应用云计算平台044缩略语4.1物联网相关缩略语M2MMachinetoMachine，机器对机器通信，是一种物联网应用的初级形态，指通过有线或无线网络，实现机器设备间的自主数据交换与通信。RFIDRadioFrequencyIdentification，射频识别技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。IoTInternetofThings，物联网，指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。030201O&GOilandGas，油气，指石油和天然气的总称，是陆上油气生产的主要对象。4.2油气生产相关缩略语SCADASupervisoryControlAndDataAcquisition，监控与数据采集系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制。PLCProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。055系统架构包括感知层、网络层、平台层和应用层，各层次间通过标准接口实现互联互通。物联网系统层次系统架构需满足可扩展性、可配置性、可靠性和安全性等要求，以适应不同场景和需求。架构设计要求5.1总体架构5.2感知层数据采集要求感知设备需满足数据采集精度、稳定性、实时性等要求，确保数据的准确性和可靠性。感知设备类型包括传感器、执行器、智能仪表等，用于实现油气生产现场的数据采集和执行控制。网络传输方式支持有线和无线等多种网络传输方式，以满足不同场景下的数据传输需求。网络通信协议5.3网络层采用通用的网络通信协议，确保数据的互联互通和互操作性。0102VS平台层需具备海量数据存储和处理能力，支持数据的高效查询和分析挖掘。服务提供能力平台层应提供丰富的服务接口和功能模块，以满足上层应用开发和集成的需求。数据存储与处理5.4平台层实现对油气生产过程的实时监控、预警和远程控制等功能，提高生产效率和安全性。生产监控应用通过数据分析挖掘，为生产管理提供决策支持和优化建议，提升管理水平。管理决策支持5.5应用层065.1系统架构5.1.1整体架构设计模块化设计系统采用模块化设计思想，将不同功能模块进行划分，实现高内聚、低耦合，提高系统的可扩展性和可维护性。层次化结构系统采用层次化结构设计，包括感知层、网络层、平台层和应用层，各层次之间功能划分清晰，便于管理和维护。传感器选择根据油气生产现场的实际需求，选择合适的传感器，如压力、温度、流量等传感器，实现对生产过程的实时监测。数据采集与处理感知层负责采集传感器的数据，并进行预处理和格式化，确保数据的准确性和有效性。5.1.2感知层设计网络层负责将感知层采集的数据传输到平台层，同时保证数据的实时性和可靠性。数据传输网络层需要采取多种安全措施，确保数据传输过程中的安全性和保密性。网络安全5.1.3网络层设计5.1.4平台层设计数据存储与管理平台层负责存储和管理感知层采集的数据，提供数据查询、分析和可视化功能。数据处理与分析平台层需要对数据进行深入的处理和分析，提取有价值的信息，为应用层提供决策支持。生产监控与管理应用层可以根据实际需求，开发各种生产监控和管理应用，如实时数据监测、报表生成、预警和报警等。015.1.5应用层设计决策支持系统应用层还可以结合大数据分析和人工智能技术，构建决策支持系统，为油气生产提供智能化的决策支持。02075.2系统模型物联网系统架构包括感知层、网络层、平台层和应用层，各层之间相互协同，实现数据的采集、传输、处理和应用。标准化体系架构遵循通用的物联网体系架构，确保系统的兼容性和可扩展性。5.2.1系统架构5.2.2功能模块数据采集模块负责实时采集油气生产现场的各种数据，如温度、压力、流量等。数据传输模块将采集到的数据通过有线或无线网络传输到数据中心或云平台。数据处理模块对接收到的数据进行清洗、整合和分析，提供有价值的信息。应用服务模块根据业务需求，提供实时监控、预警预测、优化决策等功能。5.2.3数据流程数据采集通过各种传感器和智能设备实时采集油气生产数据。数据传输将采集到的数据通过安全可靠的网络传输到数据中心。数据存储对接收到的数据进行分类存储，以便后续的分析和应用。数据分析与应用利用大数据分析和人工智能技术，对数据进行深入挖掘和应用，为油气生产提供有力支持。086系统功能6.1数据采集与传采集到的数据应能通过有线或无线方式稳定、可靠地传输到数据中心或云平台。数据传输系统应能实时采集油气生产过程中的各种数据，包括但不限于压力、温度、流量等关键参数。数据采集数据预处理对采集到的原始数据进行清洗、去噪、归一化等预处理操作，以提高数据质量。数据分析利用数据挖掘、机器学习等技术对处理后的数据进行分析，提取有价值的信息和规律。6.2数据处理与分析6.3监控与报警当生产过程出现异常或数据超出预设范围时，系统应能自动触发报警，及时通知相关人员进行处理。报警功能系统应能提供油气生产过程的实时监控功能，包括生产设备的运行状态、生产数据的实时变化等。实时监控数据安全系统应采取加密、备份等安全措施，确保数据的机密性、完整性和可用性。系统可靠性系统应具有高可靠性，能够抵御各种外部干扰和攻击，保证油气生产的稳定运行。6.4系统安全与可靠性096.1总体要求物联网系统应采用高可靠性设计，确保在恶劣的油气生产环境中稳定运行。可靠性设计关键设备和模块应采用冗余设计，以提高系统的容错能力和可靠性。冗余设计系统可靠性数据加密物联网系统应支持数据加密功能，确保数据传输和存储的安全性。访问控制系统应具备严格的访问控制机制，防止未经授权的访问和数据泄露。数据安全性模块化设计物联网系统应采用模块化设计，便于根据实际需求进行灵活扩展。标准化接口系统应提供标准化的接口，支持与其他系统的集成和互联互通。系统可扩展性物联网系统应具备友好的人机交互界面，方便用户进行操作和管理。人机交互系统应支持远程监控功能，便于用户随时随地了解油气生产现场的情况。远程监控易用性106.2目标对象域油气井监测对油气井的生产状态进行实时监测，包括井口压力、温度、流量等关键参数。数据采集与传输通过物联网技术，实现油气井数据的自动采集、远程传输和集中管理。预警与报警根据预设的安全阈值，对油气井的异常状态进行预警和报警。0302016.2.1油气井自动采集计量站内的油气流量、温度、压力等数据。计量数据采集通过物联网系统，实现计量站数据的远程实时监控。数据远程监控对计量数据进行统计和分析，为生产管理提供决策支持。数据统计与分析6.2.2计量站实时监测集输管线的压力、温度、流量等参数，确保管线安全运行。管线状态监测利用物联网技术，实现管线泄漏的自动检测和定位。泄漏检测与定位在紧急情况下，可通过物联网系统远程关断管线，确保安全。远程关断与控制6.2.3集输管线01生产过程监控对联合站内的油气处理过程进行实时监控，确保生产安全稳定。6.2.4联合站02设备状态监测监测联合站内关键设备的运行状态，及时发现并处理故障。03能耗管理与优化通过数据分析，对联合站的能耗进行管理和优化，降低生产成本。116.3感知控制域感知控制域定义感知控制域是面向陆上油气生产的物联网系统中，负责实时感知油气生产现场环境、设备状态及生产数据，并进行相应控制的逻辑区域。感知控制域功能6.3.1感知控制域概述通过部署各种传感器、执行器及智能设备，实现对油气生产过程的全面感知与精准控制，提升生产效率和安全性。0102包括温度、压力、流量等各类传感器，以及阀门、泵等执行器，用于实时采集生产现场数据并执行控制指令。传感器及执行器负责将传感器及执行器采集的数据进行汇总、处理，并通过有线或无线方式传输至上级系统。数据采集与传输设备具备数据处理、分析能力的控制设备，可根据预设规则或实时数据对生产过程进行自动调整和优化。智能控制设备6.3.2感知控制域组成要素6.3.3感知控制域技术要求传感器及执行器的测量与控制精度需满足油气生产要求，确保数据的真实性和可靠性。准确性数据采集与传输需具备高实时性，确保上级系统能够及时获取生产现场数据并作出响应。实时性感知控制域需采取必要的安全防护措施，防止数据泄露、篡改或非法入侵等安全事件发生。安全性感知控制域设备需具备良好的稳定性和可靠性，能够适应油气生产现场的恶劣环境，确保长期稳定运行。稳定性与可靠性02040103126.4服务提供域安全性保障系统应采取多种安全措施，确保数据传输、存储和处理的安全性，防止数据泄露和非法访问。数据存储与分析系统应提供大规模数据存储能力，支持对油气生产过程产生的海量数据进行高效存储和分析。服务可用性系统应确保服务的高可用性，提供7*24小时不间断服务，以满足油气生产的实时监控需求。6.4.1服务提供能力要求数据分析与优化服务基于大数据和人工智能技术，对油气生产数据进行分析和优化，提供生产优化建议。预警与报警服务根据预设的规则和模型，对生产过程中的异常情况进行预警和报警，及时发现并处理潜在的安全风险。生产监控服务提供油气生产现场的实时监控服务，包括生产数据、设备状态、环境参数等的实时监测和展示。6.4.2服务提供内容响应时间系统应保证快速的响应时间，确保实时监控服务的实时性和准确性。6.4.3服务质量与性能要求数据准确性系统应采取多种措施确保数据的准确性，包括数据校验、异常值处理等。系统稳定性系统应具有高稳定性，能够抵御各种异常情况，确保服务的持续稳定运行。136.5运维管控域提高生产效率通过有效的运维管控，可以确保油气生产设备的正常运行，减少故障停机时间，从而提高生产效率。保障生产安全运维管控可以及时发现并处理设备故障和安全隐患，降低事故发生的概率，保障生产安全。优化资源配置通过对设备的实时监控和数据分析，运维管控可以优化资源配置，提高资源利用效率。运维管控的重要性实时监控远程控制故障预警数据管理能够对油气生产设备进行实时监控，包括设备状态、生产数据等。能够实现远程对油气生产设备进行控制，包括启动、停止、调整参数等操作。通过数据分析，及时发现设备异常情况，并进行预警，以便及时处理。能够对历史数据进行存储、查询和分析，为运维管控提供数据支持。运维管控的功能要求01020304按照运维计划进行定期巡检和设备维护，确保设备的正常运行。运维管控的实施步骤实施巡检和维护根据数据分析结果和实际情况，不断优化运维管控流程和方法，提高运维效率和质量。持续改进通过物联网系统采集设备的实时数据，并进行数据分析，发现异常情况并及时处理。数据采集与分析根据油气生产设备的实际情况，制定详细的运维计划，包括巡检周期、维护项目等。制定运维计划146.6资源交换域VS为确保不同系统间的数据能够顺利交换，需制定统一的数据交换格式标准。数据封装与解析提供数据的封装和解析机制，以确保数据的完整性和准确性。数据格式标准化6.6.1数据交换格式6.6.2数据传输协议传输过程优化对传输过程进行优化，降低传输延迟，提高数据传输效率。传输协议选择根据实际需求选择合适的传输协议，如MQTT、CoAP等，以满足实时性、可靠性和安全性要求。数据加密采用合适的加密算法，确保数据在传输和存储过程中的安全性。访问控制实施严格的访问控制策略，防止未经授权的访问和数据泄露。6.6.3数据安全与隐私保护提供资源目录服务，实现资源的自动注册和发现功能。资源注册与发现实时监控资源的状态，确保资源的可用性和可靠性。资源状态监控6.6.4资源目录服务156.7用户域用户域概述重要性用户域是物联网系统的重要组成部分，它直接影响到用户的使用体验和系统的安全性。定义用户域是指面向陆上油气生产的物联网系统中，与用户直接交互的部分，包括用户管理、权限管理、用户界面等功能模块。系统应允许用户查看和修改自己的基本信息，如姓名、联系方式等。用户信息管理系统应根据用户的角色和权限，提供相应的功能和服务。用户角色与权限系统应提供用户注册和登录功能，确保用户信息的真实性和有效性。用户注册与登录用户管理030201权限设置系统应允许管理员为用户设置不同的权限级别，以控制用户对系统资源的访问和操作。权限验证在用户执行敏感操作前，系统应进行权限验证，确保用户具有相应的操作权限。权限日志系统应记录用户的权限变更和操作日志，以便进行安全审计和追溯。权限管理界面设计用户界面应简洁明了、易于操作，符合用户的使用习惯。交互方式系统应提供多种交互方式，如图形化界面、命令行接口等，以满足不同用户的需求。自定义功能系统应允许用户根据自己的喜好和需求，自定义界面的布局和显示内容。用户界面166.8域间接口域间接口定义数据交互域间接口是实现不同域之间数据交互的通道，确保信息的顺畅流通。标准化协议为了保障不同厂商和系统之间的兼容性，域间接口应遵循标准化的通信协议。安全性接口设计应考虑数据传输的安全性，包括数据加密、身份验证等机制，以防止数据泄露和非法访问。可靠性接口应具有高可靠性，确保数据传输的稳定性和准确性，避免因接口故障导致的数据丢失或损坏。扩展性随着物联网系统的不断发展，接口应具备良好的扩展性，以适应未来系统的升级和扩展需求。020301域间接口技术要求RESTfulAPI采用RESTful风格的API设计，实现跨平台、跨语言的数据交互，提高系统的灵活性和可扩展性。01域间接口实现方式消息队列通过消息队列实现异步数据传输，提高系统的吞吐量和响应速度，同时保证数据的顺序性和一致性。02接口测试对接口进行全面的测试，包括功能测试、性能测试、安全测试等，确保接口的稳定性和可靠性。验证流程建立接口验证流程，对接口进行定期的验证和监控，及时发现并解决问题，保障系统的正常运行。域间接口测试与验证177系统性能响应时间系统应能够快速响应用户的请求和操作，确保实时性。并发处理能力系统应能够同时处理多个用户请求，保持良好的性能表现。数据吞吐量系统应具备处理大量数据的能力，确保数据传输的稳定性和效率。7.1性能指标系统稳定性系统应保持稳定运行，减少故障发生的概率。容错能力系统应具备一定的容错能力，能够在部分组件故障时仍保持正常运行。数据安全性系统应采取有效措施保护数据的安全，防止数据泄露和损坏。7.2可靠性要求系统可扩展性系统应能够方便地进行扩展和升级，以适应未来业务发展的需求。系统可维护性系统应易于维护和管理，方便用户进行日常操作和维护工作。7.3可扩展性与可维护性7.4用户体验系统应提供良好的交互体验，使用户能够轻松地完成各项操作任务。交互性系统界面应简洁明了，易于操作和理解。界面友好性187.1总体要求稳定性物联网系统应具有高可靠性，确保长时间稳定运行，减少故障率。容错性系统应具备一定的容错能力，当某个部分出现故障时，不影响整个系统的正常运行。可恢复性在发生故障后，系统应能够快速恢复，确保数据的完整性和系统的可用性。系统可靠性数据安全性010203数据加密物联网系统应采取数据加密措施，确保数据传输和存储的安全性。访问控制系统应具备严格的访问控制机制，防止未经授权的访问和数据泄露。安全审计定期对系统进行安全审计，及时发现和修复潜在的安全漏洞。物联网系统应采用模块化设计，方便后续的功能扩展和维护。模块化设计系统应提供标准的接口，以便与其他系统进行集成和数据交换。接口兼容性系统应具备弹性伸缩能力，根据业务需求动态调整资源分配。弹性伸缩系统可扩展性物联网系统应提供人性化的操作界面，方便用户进行操作和管理。人性化界面易用性系统应提供在线帮助文档或指引，协助用户解决使用过程中遇到的问题。在线帮助根据用户需求，提供定制化的服务和功能，提升用户体验。定制化服务197.2系统可用性物联网系统应具有高可靠性，确保在恶劣环境下也能稳定运行，减少故障发生的概率。系统可靠性系统应提供准确的数据采集、传输和处理功能，确保数据的真实性和有效性。数据准确性系统应具有较快的响应时间，确保实时数据的及时获取和处理。响应时间7.2.1可用性定义010203通过设备冗余、数据冗余等措施，提高系统的容错能力和可靠性。冗余设计定期对系统进行维护和更新，确保系统软件和硬件的最新版本，减少故障发生的可能性。定期维护与更新加强系统的安全防护措施，防止恶意攻击和非法入侵，保障系统的正常运行和数据安全。安全防护7.2.2可用性保障措施7.2.3可用性测试与评估测试方法制定详细的测试计划和方案，包括功能测试、性能测试、安全测试等，确保系统的各项功能指标符合要求。评估标准改进措施建立可用性评估标准，对系统的可用性进行全面、客观的评估，为改进和优化提供依据。根据测试和评估结果，及时采取改进措施，提高系统的可用性和用户满意度。207.3系统可靠性系统应具有高可靠性能够确保在恶劣环境下稳定运行，减少故障发生的概率。关键设备和模块应具备冗余设计在主设备或模块故障时，能自动切换到备用设备或模块，保证系统的连续运行。7.3.1可靠性要求应进行严格的可靠性测试包括高低温测试、振动测试、冲击测试等，确保系统在各种环境下都能正常工作。实施定期的可靠性验证通过模拟实际运行环境，对系统进行长时间的运行测试，以验证其稳定性和可靠性。7.3.2可靠性测试与验证定期对系统进行维护和保养，及时发现并处理潜在问题。建立完善的维护体系在系统出现故障时，能够快速响应并提供有效的技术支持，确保系统尽快恢复正常运行。提供专业的技术支持7.3.3可靠性保障措施建立可靠性评估机制定期对系统的可靠性进行评估，及时发现并改进存在的问题。采纳用户反馈积极收集用户反馈，针对用户提出的问题进行改进和优化，不断提高系统的可靠性。7.3.4可靠性评估与改进217.4系统兼容性标准化接口物联网系统应采用标准化的数据接口和通信协议，以确保不同设备和系统之间的兼容性。开放性与可扩展性系统应具备良好的开放性和可扩展性，便于未来新增设备和功能的集成。7.4.1兼容性原则7.4.2硬件设备兼容性多协议支持物联网系统应支持多种通信协议，以适应不同设备的接入需求。设备互操作性不同厂商生产的硬件设备应能够相互识别和通信，实现数据的无缝传输。物联网系统应能在不同的操作系统平台上稳定运行，如Windows、Linux等。操作系统兼容性系统应支持主流的关系型数据库和非关系型数据库，以实现数据的高效存储和查询。数据库兼容性7.4.3软件系统兼容性数据格式统一物联网系统应采用统一的数据格式标准，便于数据的交换和共享。数据安全性7.4.4数据兼容性在保障数据兼容性的同时，还应确保数据的安全性和完整性，防止数据泄露和篡改。0102227.5系统安全性确保物联网系统中传输和存储的数据不被未授权访问。保密性保证数据在传输和存储过程中不被篡改或损坏。完整性确保系统在遭受攻击或故障时，仍能提供基本的服务。可用性7.5.1安全性原则7.5.2安全防护措施访问控制实施严格的用户身份验证和权限管理，防止未授权访问。采用加密算法对数据进行加密，确保数据的安全性。数据加密定期对系统进行安全审计，发现并修复潜在的安全漏洞。安全审计010203制定完善的安全管理制度，明确安全管理职责和流程。定期对员工进行安全培训，提高员工的安全意识和技能。建立应急响应机制，确保在发生安全事件时能够及时响应和处理。7.5.3安全管理制度7.5.4系统备份与恢复对重要数据和系统进行定期备份，确保在发生故障或安全事件时能够及时恢复。制定灾难恢复计划，明确在发生灾难性事件时的恢复流程和措施。23附录A(规范性)OGIoT-GRM无线协议VSOGIoT-GRM是面向陆上油气生产的物联网系统的无线通信协议，旨在确保数据传输的稳定性和安全性。技术特点采用高效的数据编码和调制技术，支持长距离无线通信，并具有低能耗特性。定义与作用OGIoT-GRM协议概述通信频段与速率明确规定了无线通信的频段范围和数据传输速率，以满足实时数据传输需求。数据帧格式定义了数据帧的结构和格式，包括帧头、数据载荷和帧尾等部分，确保数据的完整性和准确性。错误处理与重传机制引入错误检测和纠正技术，以及数据重传机制，提高通信的可靠性。OGIoT-GRM协议技术要求采用先进的加密算法和身份认证技术，确保数据传输过程中的安全性和隐私保护。加密与认证实施严格的访问控制和权限管理机制，防止未经授权的访问和数据泄露。