2.2 控制系统保安全（教学课件）-六年级信息科技下册同步教学（清华版·2024）

控制系统保安全 1 目 录 01 控制系统的故障会有哪些表现和危害 02 如何设计控制系统的安全机制 03 如何提升控制系统的安全性能 2 控制系统一旦发生故障，可能会带来灾难性的影响，主要包括人员伤亡、环境污染和巨额的经济损失等。因此，针对控制系统开展周密的安全设计至关重要。本节课我们一起学习如何确保控制系统安全，以避免故障带来的严重后果。 3 控制系统的故障可分为硬件故障和软件故障两大类。 硬件故障通常包括传感器失效、机械部件损坏、电源线路问题等。 软件故障则可能源于操作系统安装不当、参数配置错误、恶意软件攻击等。 控制系统故障的危害及原因 例如，某人外出期间，家中冰箱的压缩机发生故障，导致冰箱无法制冷。冰箱内的冷冻食物全部解冻并腐烂，还需要一定的维修成本，造成了数千元的经济损失。这属于硬件故障造成的危害。 4 某智能家居 App 出现服务异常，导致大量用户无法通过 App 控制家中的智能设备，包括电视、空调、热水器和照明系统等。经过调查，服务异常的原因是公共互联网云服务发生故障，严重影响了用户的正常使用。这属于软件故障造成的危害。 5 在控制系统中，每一个部件都扮演着重要的角色，任何单一部件发生故障都可能影响控制系统的正常使用，甚至造成严重后果。 6 回忆自己使用过的一些控制系统是否曾出现过故障，分享你的经历。若未遇到过，请根据表中的提示，上网查询或询问老师、同学，探究这些控制系统可能会出现的故障，并记录在下表中。 控制系统 故障表现 故障原因 故障危害 热水器 空调 …… 探索 7 控制系统自我保护功能 为了确保控制系统的稳定运行，除了要求操作人员严格遵守操作规程外，控制系统的设计者也需要具备安全防范功能设计的意识，使控制系统本身具备一定的自我保护功能，避免故障的发生，或者在故障发生时能迅速停止运行，把损失降到最小。 控制系统的自我保护功能是指在控制系统内部安装保护功能模块，通过实时监控系统的关键参数，如温度、压力、流速等，以及执行预定的响应策略，确保控制系统的稳定运行和安全使用。 8 我家新安装了智能门锁，我出于好奇乱按了几下，结果门锁突然“咔嚓”一声，锁得紧紧的，还发出滴滴的报警声。我赶紧输入正确的密码，但门还是打不开。我是不是闯祸了？ 其实这是智能门锁的自我保护功能。这种设计是用来防止潜在的入侵者通过尝试不同的密码组合破解门锁。大多数智能门锁在锁定一段时间后会自动重置，你只需要耐心等待一段时间或者使用物理钥匙开锁。 这样我就放心了。老师，请问是什么在这个智能门锁的自我保护功能中起关键作用呢？ 智能门锁的自我保护功能主要依赖于内置的智能芯片和多种传感器（如指纹传感器、触摸传感器、电容传感器、加速度传感器、磁传感器等）。 智能芯片负责控制门锁的开启和关闭，传感器则用于监测门锁的各种状态和外部环境。当传感器监测到异常情况时，智能门锁会发出警报、自动锁定门锁，以防止入侵。 9 在现代燃气系统中，安装的气敏传感器能够精准地监测空气中气体的浓度。一旦监测到可燃气体的浓度超过设定的安全阈值，系统会自动报警并切断管道供应，以防止可能发生的爆炸或泄漏事故，从而保障用户安全。此外，一些燃气保护装置还采用了物联网技术，用户可以通过手机上安装的应用程序实时监控燃气设备的运行状态，增加了便利性和安全性。 10 探索 无论是家中、校园内还是公共场所的控制系统，一旦操作不当，都有可能带来安全隐患或设备损坏。说一说，你遇到过哪些控制系统的安全问题？ 11 探索 输入 监测到的 可燃气体的 浓度 计算 监测到的可燃气体的浓度与设定的阈值比较，生成指令 输出 切断管道 供应或 继续工作 　燃气系统自动切断管道供应功能的工作过程示意图 输入 计算 输出 　 的工作过程示意图 控制系统自我保护机制的应用非常广泛，请你参考燃气系统自动切断管道供应功能的工作过程示意图，选择一个控制系统中的自我保护功能，并尝试绘制出它的工作过程示意图。 12 控制系统的多重自我保护功能 控制系统的安全性能随着自我保护功能的增加而提高。在设计控制系统时，必须进行全面的风险评估，设计多重保护措施，以确保能够应对各种潜在的风险和挑战，保障系统的稳定运行和用户的安全。 以新能源汽车为例，为了确保在各种情况下人与车的安全性，新能源汽车实施了全面的安全措施，这些措施通过多个子系统的紧密协作来实现，每个子系统都发挥着关键作用。因此，新能源汽车配备了以下多重自我保护功能。 13 （1）自动紧急刹车系统（AEB） 该系统主要由控制模块、测距模块和制动模块三大模块构成。 输入 监测车辆与前 方障碍物之间 的距离 计算 车辆与障碍物的 距离和预设的安 全距离进行比较， 生成指令 输出 正常行驶或 采取紧急制 动措施 　自动紧急刹车系统工作过程示意图 14 （2）自适应巡航控制系统（ACC） 该系统是新能源汽车的一种智能驾驶辅助系统，同自动紧急刹车系统一样，依靠雷达和摄像头等传感器监测前方的路况。 15 （3）电池管理系统（BMS） 该系统就像电池的“贴身保镖”，通过监测电池的电压、电流、温度和气体等参数，确保电池始终处于良好的工作状态。电池管理系统能及时发现并防止电池过热或者失控，以保障电池的安全、稳定运行。 （4）防抱死制动系统（ABS） 该系统利用轮速传感器监测各个车轮的转速，如果发现某个车轮即将因为刹车过猛而停止转动了，它就会自动调整刹车力度，防止车轮完全锁死。这样做的目的是让司机在紧急刹车时还能控制方向，避免车辆失控打滑，确保行车安全。 16 （5）胎压监测系统（TPMS） 该系统就像是轮胎的“健康警报器”，通过在每个轮胎内部安装的压力传感器实时监测轮胎的气压，一旦胎压异常，系统会立即发出警报。 （6）盲点监测系统（BSM） 该系统通过安装在车辆后保险杠两侧内部的雷达传感器监测车辆两侧的盲区，当雷达传感器探测到盲区内有其他车辆时，会通过车外后视镜上的警示灯提醒驾驶员。 17 请选择一个智能家电控制系统，为其设计一个包含多重自我保护功能的方案，以提高它的安全性能。在方案中，请列出你设计的多个自我保护功能和所需的关键模块，并绘制其工作过程示意图。 18 谢谢观看 19 $$