水面平臺核生化防護系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn)

王 英，廉成強，齊巖磊

(1.海軍裝備部裝備項目管理中心，北京 100071；2.中國船舶集團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)爭的突然性和破壞力空前增大。面對可能出現(xiàn)的大規(guī)模殺傷性武器的威脅，要有效保障人員的安全、保存水面平臺的有生力量、保證水面平臺的性能，必須構(gòu)建起完善的核生化綜合防護能力。

核生化防護系統(tǒng)是水面平臺在核生化環(huán)境中保證性能的重要基礎(chǔ)，其任務(wù)是對核生化襲擊進行監(jiān)測、防護和洗消。當(dāng)水面平臺遭受核生化襲擊時，通過實時監(jiān)測核生化報警，快速采取集體防護結(jié)合個體防護措施，來保障人員生命安全；通過采取水幕洗消措施，消除水面平臺核生化沾染，保障水面平臺在核生化戰(zhàn)爭下戰(zhàn)斗力。

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

1 核生化防護系統(tǒng)的構(gòu)建

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

并對數(shù)據(jù)進行解析、處理、上傳給核生化監(jiān)控單元，核生化監(jiān)控單元發(fā)出核生化報警，同時對實時核生化數(shù)據(jù)進行估算，生成核生化防護行動輔助決策建議，并將核生化報警信息上傳綜合平臺管理系統(tǒng)，根據(jù)決策人員下達的核生化防護行動命令，遙控關(guān)閉平時通風(fēng)設(shè)備、開啟集體防護系統(tǒng)、開啟三防水幕，對抗核生化襲擊。當(dāng)水面平臺駛離沾染區(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]，核生化防護控制流程如圖1 所示。

圖1 核生化防護控制流程Fig.1 NBC protection control process

為保障核生化防護系統(tǒng)的有效實施，同時為滿足核生化防護系統(tǒng)的信息化發(fā)展，需要構(gòu)建由核生化監(jiān)控、防護和水幕洗消子系統(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)水面平臺遭受到核化襲擊或駛?cè)胝慈緟^(qū)時，核生化戰(zhàn)劑所形成的輻射場、放射性氣溶膠及毒劑蒸汽極易對人員造成大范圍傷害，核生化監(jiān)控子系統(tǒng)可對該型船周界及集防區(qū)內(nèi)部進行輻射監(jiān)測、放射性氣溶膠監(jiān)測、生物氣溶膠監(jiān)測和化學(xué)毒劑污染監(jiān)測，并依據(jù)監(jiān)測結(jié)果給出防護輔助決策建議，開展針對性的規(guī)避、防護及洗消，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 核生化防護子系統(tǒng)

核生化防護子系統(tǒng)由集體防護系統(tǒng)和個人防護設(shè)備組成。集體防護系統(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；個體防護設(shè)備包括防毒服、防毒面具等[6]。

集體防護系統(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)閉平時工況新風(fēng)進風(fēng)氣動蝶閥和風(fēng)機，開啟三防工況新風(fēng)進風(fēng)氣動蝶閥和濾毒通風(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態(tài)調(diào)節(jié)集防區(qū)的超壓穩(wěn)定。集體防護系統(tǒng)控制流程如圖4 所示。

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

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

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

1.3 水幕洗消子系統(tǒng)

當(dāng)水面平臺遭受到核化襲擊或駛?cè)胝慈緟^(qū)時，首先需要開啟水幕系統(tǒng)，預(yù)濕并屏蔽整個船體，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，對全船進行全面洗消，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式洗消設(shè)備組成。

洗消配量裝置實現(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，形成一層流動的消除液水膜進行全艦洗消。裝置主要包括溶液儲存站、洗消站（或計量站）、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 核生化防護系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 核生化防護系統(tǒng)設(shè)計

針對核生化監(jiān)測子系統(tǒng)、防護子系統(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)的實時性和可靠性。核生化防護系統(tǒng)設(shè)計從頂層設(shè)計出發(fā)，將信息采集、處理和傳輸作為系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的重點，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)場設(shè)備，如核生化傳感器、集體防護設(shè)備、水幕洗消計量站、各種分布式IO 設(shè)備等；控制層主要為現(xiàn)場數(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)控臺等。

2.1.1 信息層

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

2.1.2 控制層

控制層是整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的中間層。整個網(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現(xiàn)的。起到承上啟下的橋梁作用，是核生化防護系統(tǒng)的核心。控制層設(shè)計不同類型數(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)場設(shè)備進行信息交互，對船上各種核生化設(shè)備進行監(jiān)控，同時通過全船以太網(wǎng)將信息上傳給核生化監(jiān)控單元。

2.1.3 設(shè)備層

設(shè)備層是整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的最底層。這一層主要由若干個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)測報警探頭、生物氣溶膠報警器、門/口蓋開關(guān)、水幕壓力開關(guān)、集體防護設(shè)備和水幕洗消設(shè)備等組成，以單機的形式分布于工作現(xiàn)場，每個設(shè)備通過現(xiàn)場總線或模擬量或數(shù)字量與控制層連接，完成對設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制。

2.2 核生化防護系統(tǒng)實現(xiàn)

水面平臺核生化防護系統(tǒng)可以借鑒現(xiàn)有水面平臺成熟的核生化防護設(shè)備，將不同平臺先進可靠的核生化監(jiān)控單元、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元、核生化傳感器、集防防護設(shè)備、水幕洗消設(shè)備按照功能要求進行配置，對接口進行優(yōu)化，對監(jiān)控軟件進行適應(yīng)性改進，可以實現(xiàn)滿足水面平臺核生化防護要求的核生化防護系統(tǒng)[7]。

3 結(jié) 語

通過對核生化防護系統(tǒng)的控制流程、系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行剖析，提出了構(gòu)建水面平臺核生化防護系統(tǒng)“偵、防、消、管、控”一體化設(shè)計理念，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)計可以提高核生化防護系統(tǒng)的可靠性，為后續(xù)該系統(tǒng)推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。