水面平臺(tái)核生化防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

王 英，廉成強(qiáng)，齊巖磊

(1.海軍裝備部裝備項(xiàng)目管理中心，北京 100071；2.中國船舶集團(tuán)有限公司第七一八研究所，河北 邯鄲 056027)

0 引 言

核武器、生物武器、化學(xué)武器（即核生化武器，NBC）是20 世紀(jì)出現(xiàn)的大規(guī)模殺傷性武器，它們的使用使得戰(zhàn)爭(zhēng)的突然性和破壞力空前增大。面對(duì)可能出現(xiàn)的大規(guī)模殺傷性武器的威脅，要有效保障人員的安全、保存水面平臺(tái)的有生力量、保證水面平臺(tái)的性能，必須構(gòu)建起完善的核生化綜合防護(hù)能力。

核生化防護(hù)系統(tǒng)是水面平臺(tái)在核生化環(huán)境中保證性能的重要基礎(chǔ)，其任務(wù)是對(duì)核生化襲擊進(jìn)行監(jiān)測(cè)、防護(hù)和洗消。當(dāng)水面平臺(tái)遭受核生化襲擊時(shí)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)核生化報(bào)警，快速采取集體防護(hù)結(jié)合個(gè)體防護(hù)措施，來保障人員生命安全；通過采取水幕洗消措施，消除水面平臺(tái)核生化沾染，保障水面平臺(tái)在核生化戰(zhàn)爭(zhēng)下戰(zhàn)斗力。

現(xiàn)代水面平臺(tái)功能強(qiáng)大，可以執(zhí)行多重特殊任務(wù)，起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)水面平臺(tái)被核生化武器襲擊或遭遇核生化污染時(shí)，由于人員密集、活動(dòng)范圍小，核生化威脅極大。深入開展水面平臺(tái)核生化防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)，保障水面平臺(tái)在遭受到核生化威脅時(shí)仍然有效完成任務(wù)，十分必要?；诂F(xiàn)有核生化防護(hù)設(shè)備和技術(shù)，構(gòu)建水面平臺(tái)核生化防護(hù)系統(tǒng)，集成優(yōu)化設(shè)計(jì)基于核生化監(jiān)控單元、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控單元、各類核生化傳感器和防護(hù)設(shè)備的3 層網(wǎng)絡(luò)模型，具有較高的實(shí)用性、先進(jìn)性和可靠性[1-2]。

1 核生化防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建

根據(jù)核生化防護(hù)系統(tǒng)目標(biāo)圖像，水面平臺(tái)應(yīng)具備核生化監(jiān)測(cè)、防護(hù)、洗消能力，抵御核生化襲擊。當(dāng)水面平臺(tái)遭受核生化襲擊后，核生化傳感器首先探測(cè)到核生化信息，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元采集核生化信息，

并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理、上傳給核生化監(jiān)控單元，核生化監(jiān)控單元發(fā)出核生化報(bào)警，同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)核生化數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，生成核生化防護(hù)行動(dòng)輔助決策建議，并將核生化報(bào)警信息上傳綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)，根據(jù)決策人員下達(dá)的核生化防護(hù)行動(dòng)命令，遙控關(guān)閉平時(shí)通風(fēng)設(shè)備、開啟集體防護(hù)系統(tǒng)、開啟三防水幕，對(duì)抗核生化襲擊。當(dāng)水面平臺(tái)駛離沾染區(qū)后，遙控水幕系統(tǒng)、洗消配量裝置開啟三防洗消業(yè)務(wù)，消除核生化沾染[3]，核生化防護(hù)控制流程如圖1 所示。

圖1 核生化防護(hù)控制流程Fig.1 NBC protection control process

為保障核生化防護(hù)系統(tǒng)的有效實(shí)施，同時(shí)為滿足核生化防護(hù)系統(tǒng)的信息化發(fā)展，需要構(gòu)建由核生化監(jiān)控、防護(hù)和水幕洗消子系統(tǒng)組成的“偵、防、消、管、控”一體化的核生化防護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)組成架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 核生化防護(hù)系統(tǒng)組成架構(gòu)框圖Fig.2 The structure of NBC protection system

1.1 核生化監(jiān)控子系統(tǒng)

當(dāng)水面平臺(tái)遭受到核化襲擊或駛?cè)胝慈緟^(qū)時(shí)，核生化戰(zhàn)劑所形成的輻射場(chǎng)、放射性氣溶膠及毒劑蒸汽極易對(duì)人員造成大范圍傷害，核生化監(jiān)控子系統(tǒng)可對(duì)該型船周界及集防區(qū)內(nèi)部進(jìn)行輻射監(jiān)測(cè)、放射性氣溶膠監(jiān)測(cè)、生物氣溶膠監(jiān)測(cè)和化學(xué)毒劑污染監(jiān)測(cè)，并依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果給出防護(hù)輔助決策建議，開展針對(duì)性的規(guī)避、防護(hù)及洗消，可將核生化襲擊造成的傷害降到最低，最大程度保證人員的生命安全[4-5]。

根據(jù)任務(wù)需要，核生化監(jiān)控子系統(tǒng)配置固定式核生化監(jiān)控設(shè)備和便攜式核化檢測(cè)設(shè)備。固定式核生化監(jiān)控設(shè)備主要由核生化監(jiān)控單元、監(jiān)控采集單元和固定式傳感器組成，核生化監(jiān)控子系統(tǒng)功能框圖如圖3 所示。

圖3 核生化監(jiān)控子系統(tǒng)功能框圖Fig.3 NBC monitoring subsystem function

1.2 核生化防護(hù)子系統(tǒng)

核生化防護(hù)子系統(tǒng)由集體防護(hù)系統(tǒng)和個(gè)人防護(hù)設(shè)備組成。集體防護(hù)系統(tǒng)包括周界密閉設(shè)備、超壓控制設(shè)備、濾毒通風(fēng)設(shè)備和洗消通道設(shè)備等；個(gè)體防護(hù)設(shè)備包括防毒服、防毒面具等[6]。

集體防護(hù)系統(tǒng)將濾毒通風(fēng)設(shè)備和集防區(qū)空調(diào)通風(fēng)設(shè)備相結(jié)合，三防工況下，關(guān)閉平時(shí)工況新風(fēng)進(jìn)風(fēng)氣動(dòng)蝶閥和風(fēng)機(jī)，開啟三防工況新風(fēng)進(jìn)風(fēng)氣動(dòng)蝶閥和濾毒通風(fēng)設(shè)備，將濾后新風(fēng)送至集防區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，由其增壓后送至集防區(qū)[7]。為保證集防區(qū)供氧量充足及超壓動(dòng)態(tài)平衡，控制濾毒通風(fēng)設(shè)備風(fēng)量穩(wěn)定，通過控制流量調(diào)節(jié)泄放閥、壓差調(diào)節(jié)泄放閥、超壓泄放控制閥來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)集防區(qū)的超壓穩(wěn)定。集體防護(hù)系統(tǒng)控制流程如圖4 所示。

圖4 集體防護(hù)系統(tǒng)控制流程Fig.4 Collective protection system control process

平時(shí)工況下，開啟平時(shí)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)氣動(dòng)蝶閥和集防區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，關(guān)閉三防工況新風(fēng)進(jìn)風(fēng)氣動(dòng)蝶閥和濾毒通風(fēng)設(shè)備，新風(fēng)從平時(shí)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)氣動(dòng)蝶閥進(jìn)入集防區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，為平時(shí)工況下集防區(qū)提供新風(fēng)。

三防工況下，關(guān)閉非集防區(qū)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)氣動(dòng)蝶閥和非集防區(qū)空調(diào)系統(tǒng)。

1.3 水幕洗消子系統(tǒng)

當(dāng)水面平臺(tái)遭受到核化襲擊或駛?cè)胝慈緟^(qū)時(shí)，首先需要開啟水幕系統(tǒng)，預(yù)濕并屏蔽整個(gè)船體，減少核生化沾染附著在船體上。當(dāng)艦船駛離沾染區(qū)后，開啟水幕系統(tǒng)和洗消配量裝置，對(duì)全船進(jìn)行全面洗消，消除核生化沾染[8]。

根據(jù)要求，水幕洗消子系統(tǒng)由水幕系統(tǒng)設(shè)備、洗消配量裝置和移動(dòng)式洗消設(shè)備組成。

洗消配量裝置實(shí)現(xiàn)將液體消除劑和水幕海水按比例混合成規(guī)定濃度的消除液，并通過艦面的水幕噴頭噴灑，形成一層流動(dòng)的消除液水膜進(jìn)行全艦洗消。裝置主要包括溶液儲(chǔ)存站、洗消站（或計(jì)量站）、分段水幕噴淋系統(tǒng)、加熱蒸汽管路、高壓空氣管路、排污管路、排污收集槽、輔助管路、消防水管路接口、洗消藥劑和洗消藥劑貯存柜等組成。

2 核生化防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 核生化防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)核生化監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、防護(hù)子系統(tǒng)和水幕洗消子系統(tǒng)設(shè)備繁多，布置分散，采用分層管理、集中監(jiān)控可提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。核生化防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，將信息采集、處理和傳輸作為系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，按系統(tǒng)設(shè)備的不同功能，將設(shè)備分為三層架構(gòu)：信息層、控制層和設(shè)備層。設(shè)備層是位于底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如核生化傳感器、集體防護(hù)設(shè)備、水幕洗消計(jì)量站、各種分布式IO 設(shè)備等；控制層主要為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控采集單元，如核生化監(jiān)控采集箱等；信息層則是一些操作和管理設(shè)備，如核生化監(jiān)控臺(tái)等。

2.1.1 信息層

信息層是整個(gè)防護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的最高層。該層通過核生化監(jiān)控單元，運(yùn)行核生化防護(hù)軟件，用于提供人機(jī)交互界面，記錄重要的歷史數(shù)據(jù)，提供查詢等功能，并完成與綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)、損管監(jiān)控臺(tái)、狀態(tài)監(jiān)控臺(tái)和輔助設(shè)備監(jiān)控裝置網(wǎng)絡(luò)通信。

2.1.2 控制層

控制層是整個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的中間層。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集和控制功能基本上都是在這一層實(shí)現(xiàn)的。起到承上啟下的橋梁作用，是核生化防護(hù)系統(tǒng)的核心?？刂茖釉O(shè)計(jì)不同類型數(shù)據(jù)接口，包括模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出、RS485、Modbus、Profibus-DP 等多類型接口，與下層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行信息交互，對(duì)船上各種核生化設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)通過全船以太網(wǎng)將信息上傳給核生化監(jiān)控單元。

2.1.3 設(shè)備層

設(shè)備層是整個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的最底層。這一層主要由若干個(gè)γ 輻射空氣探頭、放射性海水探頭、放射性氣溶膠探頭、毒劑監(jiān)測(cè)報(bào)警探頭、生物氣溶膠報(bào)警器、門/口蓋開關(guān)、水幕壓力開關(guān)、集體防護(hù)設(shè)備和水幕洗消設(shè)備等組成，以單機(jī)的形式分布于工作現(xiàn)場(chǎng)，每個(gè)設(shè)備通過現(xiàn)場(chǎng)總線或模擬量或數(shù)字量與控制層連接，完成對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制。

2.2 核生化防護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

水面平臺(tái)核生化防護(hù)系統(tǒng)可以借鑒現(xiàn)有水面平臺(tái)成熟的核生化防護(hù)設(shè)備，將不同平臺(tái)先進(jìn)可靠的核生化監(jiān)控單元、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元、核生化傳感器、集防防護(hù)設(shè)備、水幕洗消設(shè)備按照功能要求進(jìn)行配置，對(duì)接口進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)監(jiān)控軟件進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)滿足水面平臺(tái)核生化防護(hù)要求的核生化防護(hù)系統(tǒng)[7]。

3 結(jié) 語

通過對(duì)核生化防護(hù)系統(tǒng)的控制流程、系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行剖析，提出了構(gòu)建水面平臺(tái)核生化防護(hù)系統(tǒng)“偵、防、消、管、控”一體化設(shè)計(jì)理念，可以優(yōu)化防化人員部署，提高設(shè)備的信息化水平。該設(shè)計(jì)可以提高核生化防護(hù)系統(tǒng)的可靠性，為后續(xù)該系統(tǒng)推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。