控制系統(tǒng)保安全（教學課件）六年級信息科技下冊教學（清華版2024）

控制系統(tǒng)保安全目錄01控制系統(tǒng)的故障會有哪些表現(xiàn)和危害02如何設計控制系統(tǒng)的安全機制03如何提升控制系統(tǒng)的安全性能

控制系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，可能會帶來災難性的影響，主要包括人員傷亡、環(huán)境污染和巨額的經(jīng)濟損失等。因此，針對控制系統(tǒng)開展周密的安全設計至關重要。本節(jié)課我們一起學習如何確?？刂葡到y(tǒng)安全，以避免故障帶來的嚴重后果?？刂葡到y(tǒng)的故障可分為硬件故障和軟件故障兩大類。硬件故障通常包括傳感器失效、機械部件損壞、電源線路問題等。軟件故障則可能源于操作系統(tǒng)安裝不當、參數(shù)配置錯誤、惡意軟件攻擊等?？刂葡到y(tǒng)故障的危害及原因例如，某人外出期間，家中冰箱的壓縮機發(fā)生故障，導致冰箱無法制冷。冰箱內(nèi)的冷凍食物全部解凍并腐爛，還需要一定的維修成本，造成了數(shù)千元的經(jīng)濟損失。這屬于硬件故障造成的危害。某智能家居App出現(xiàn)服務異常，導致大量用戶無法通過App控制家中的智能設備，包括電視、空調(diào)、熱水器和照明系統(tǒng)等。經(jīng)過調(diào)查，服務異常的原因是公共互聯(lián)網(wǎng)云服務發(fā)生故障，嚴重影響了用戶的正常使用。這屬于軟件故障造成的危害。在控制系統(tǒng)中，每一個部件都扮演著重要的角色，任何單一部件發(fā)生故障都可能影響控制系統(tǒng)的正常使用，甚至造成嚴重后果。

回憶自己使用過的一些控制系統(tǒng)是否曾出現(xiàn)過故障，分享你的經(jīng)歷。若未遇到過，請根據(jù)表中的提示，上網(wǎng)查詢或詢問老師、同學，探究這些控制系統(tǒng)可能會出現(xiàn)的故障，并記錄在下表中?？刂葡到y(tǒng)故障表現(xiàn)故障原因故障危害熱水器空調(diào)……探索控制系統(tǒng)自我保護功能

為了確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定運行，除了要求操作人員嚴格遵守操作規(guī)程外，控制系統(tǒng)的設計者也需要具備安全防范功能設計的意識，使控制系統(tǒng)本身具備一定的自我保護功能，避免故障的發(fā)生，或者在故障發(fā)生時能迅速停止運行，把損失降到最小。

控制系統(tǒng)的自我保護功能是指在控制系統(tǒng)內(nèi)部安裝保護功能模塊，通過實時監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵參數(shù)，如溫度、壓力、流速等，以及執(zhí)行預定的響應策略，確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和安全使用。我家新安裝了智能門鎖，我出于好奇亂按了幾下，結果門鎖突然“咔嚓”一聲，鎖得緊緊的，還發(fā)出滴滴的報警聲。我趕緊輸入正確的密碼，但門還是打不開。我是不是闖禍了？其實這是智能門鎖的自我保護功能。這種設計是用來防止?jié)撛诘娜肭终咄ㄟ^嘗試不同的密碼組合破解門鎖。大多數(shù)智能門鎖在鎖定一段時間后會自動重置，你只需要耐心等待一段時間或者使用物理鑰匙開鎖。這樣我就放心了。老師，請問是什么在這個智能門鎖的自我保護功能中起關鍵作用呢？智能門鎖的自我保護功能主要依賴于內(nèi)置的智能芯片和多種傳感器（如指紋傳感器、觸摸傳感器、電容傳感器、加速度傳感器、磁傳感器等）。智能芯片負責控制門鎖的開啟和關閉，傳感器則用于監(jiān)測門鎖的各種狀態(tài)和外部環(huán)境。當傳感器監(jiān)測到異常情況時，智能門鎖會發(fā)出警報、自動鎖定門鎖，以防止入侵。在現(xiàn)代燃氣系統(tǒng)中，安裝的氣敏傳感器能夠精準地監(jiān)測空氣中氣體的濃度。一旦監(jiān)測到可燃氣體的濃度超過設定的安全閾值，系統(tǒng)會自動報警并切斷管道供應，以防止可能發(fā)生的爆炸或泄漏事故，從而保障用戶安全。此外，一些燃氣保護裝置還采用了物聯(lián)網(wǎng)技術，用戶可以通過手機上安裝的應用程序?qū)崟r監(jiān)控燃氣設備的運行狀態(tài)，增加了便利性和安全性。探索

無論是家中、校園內(nèi)還是公共場所的控制系統(tǒng)，一旦操作不當，都有可能帶來安全隱患或設備損壞。說一說，你遇到過哪些控制系統(tǒng)的安全問題？探索輸入監(jiān)測到的可燃氣體的濃度計算監(jiān)測到的可燃氣體的濃度與設定的閾值比較，生成指令輸出切斷管道供應或繼續(xù)工作燃氣系統(tǒng)自動切斷管道供應功能的工作過程示意圖輸入計算輸出

的工作過程示意圖

控制系統(tǒng)自我保護機制的應用非常廣泛，請你參考燃氣系統(tǒng)自動切斷管道供應功能的工作過程示意圖，選擇一個控制系統(tǒng)中的自我保護功能，并嘗試繪制出它的工作過程示意圖?？刂葡到y(tǒng)的多重自我保護功能控制系統(tǒng)的安全性能隨著自我保護功能的增加而提高。在設計控制系統(tǒng)時，必須進行全面的風險評估，設計多重保護措施，以確保能夠應對各種潛在的風險和挑戰(zhàn)，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和用戶的安全。以新能源汽車為例，為了確保在各種情況下人與車的安全性，新能源汽車實施了全面的安全措施，這些措施通過多個子系統(tǒng)的緊密協(xié)作來實現(xiàn)，每個子系統(tǒng)都發(fā)揮著關鍵作用。因此，新能源汽車配備了以下多重自我保護功能。（1）自動緊急剎車系統(tǒng)（AEB）該系統(tǒng)主要由控制模塊、測距模塊和制動模塊三大模塊構成。輸入監(jiān)測車輛與前方障礙物之間的距離計算車輛與障礙物的距離和預設的安全距離進行比較，生成指令輸出正常行駛或采取緊急制動措施自動緊急剎車系統(tǒng)工作過程示意圖（2）自適應巡航控制系統(tǒng)（ACC）該系統(tǒng)是新能源汽車的一種智能駕駛輔助系統(tǒng)，同自動緊急剎車系統(tǒng)一樣，依靠雷達和攝像頭等傳感器監(jiān)測前方的路況。（3）電池管理系統(tǒng)（BMS）該系統(tǒng)就像電池的“貼身保鏢”，通過監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度和氣體等參數(shù)，確保電池始終處于良好的工作狀態(tài)。電池管理系統(tǒng)能及時發(fā)現(xiàn)并防止電池過熱或者失控，以保障電池的安全、穩(wěn)定運行。（4）防抱死制動系統(tǒng)（ABS）該系統(tǒng)利用輪速傳感器監(jiān)測各個車輪的轉(zhuǎn)速，如果發(fā)現(xiàn)某個車輪即將因為剎車過猛而停止轉(zhuǎn)動了，它就會自動調(diào)整剎車力度，防止車輪完全鎖死。這樣做的目的是讓司機在緊急剎車時還能控制方向，避免車輛失控打滑，確保行車安全。（5）胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）該系統(tǒng)就像是輪胎的“健康警報器”，通過在每個輪胎內(nèi)部安裝的壓力傳感器實時監(jiān)測輪胎的氣壓，一旦胎壓異常，系統(tǒng)會立即發(fā)出警報。（6）盲點監(jiān)測系統(tǒng)（BSM）該系統(tǒng)通過安裝在車輛后保險杠兩側內(nèi)部的雷達傳感器監(jiān)測車輛兩側的盲區(qū)，當雷達傳