控制系統(tǒng)保安全目錄01控制系統(tǒng)的故障會(huì)有哪些表現(xiàn)和危害02如何設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的安全機(jī)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(huì)帶來(lái)災(zāi)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(jì)損失等。因此，針對(duì)控制系統(tǒng)開(kāi)展周密的安全設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本節(jié)課我們一起學(xué)習(xí)如何確保控制系統(tǒng)安全，以避免故障帶來(lái)的嚴(yán)重后果。控制系統(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(jī)械部件損壞、電源線路問(wèn)題等。軟件故障則可能源于操作系統(tǒng)安裝不當(dāng)、參數(shù)配置錯(cuò)誤、惡意軟件攻擊等。控制系統(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(jī)發(fā)生故障，導(dǎo)致冰箱無(wú)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(jì)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(wù)異常，導(dǎo)致大量用戶無(wú)法通過(guò)App控制家中的智能設(shè)備，包括電視、空調(diào)、熱水器和照明系統(tǒng)等。經(jīng)過(guò)調(diào)查，服務(wù)異常的原因是公共互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)發(fā)生故障，嚴(yán)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(gè)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(yán)重后果。

回憶自己使用過(guò)的一些控制系統(tǒng)是否曾出現(xiàn)過(guò)故障，分享你的經(jīng)歷。若未遇到過(guò)，請(qǐng)根據(jù)表中的提示，上網(wǎng)查詢或詢問(wèn)老師、同學(xué)，探究這些控制系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)的故障，并記錄在下表中。控制系統(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(hù)功能

為了確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，除了要求操作人員嚴(yán)格遵守操作規(guī)程外，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者也需要具備安全防范功能設(shè)計(jì)的意識(shí)，使控制系統(tǒng)本身具備一定的自我保護(hù)功能，避免故障的發(fā)生，或者在故障發(fā)生時(shí)能迅速停止運(yùn)行，把損失降到最小。

控制系統(tǒng)的自我保護(hù)功能是指在控制系統(tǒng)內(nèi)部安裝保護(hù)功能模塊，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、流速等，以及執(zhí)行預(yù)定的響應(yīng)策略，確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和安全使用。我家新安裝了智能門(mén)鎖，我出于好奇亂按了幾下，結(jié)果門(mén)鎖突然“咔嚓”一聲，鎖得緊緊的，還發(fā)出滴滴的報(bào)警聲。我趕緊輸入正確的密碼，但門(mén)還是打不開(kāi)。我是不是闖禍了？其實(shí)這是智能門(mén)鎖的自我保護(hù)功能。這種設(shè)計(jì)是用來(lái)防止?jié)撛诘娜肭终咄ㄟ^(guò)嘗試不同的密碼組合破解門(mén)鎖。大多數(shù)智能門(mén)鎖在鎖定一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)重置，你只需要耐心等待一段時(shí)間或者使用物理鑰匙開(kāi)鎖。這樣我就放心了。老師，請(qǐng)問(wèn)是什么在這個(gè)智能門(mén)鎖的自我保護(hù)功能中起關(guān)鍵作用呢？智能門(mén)鎖的自我保護(hù)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(fù)責(zé)控制門(mén)鎖的開(kāi)啟和關(guān)閉，傳感器則用于監(jiān)測(cè)門(mén)鎖的各種狀態(tài)和外部環(huán)境。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到異常情況時(shí)，智能門(mén)鎖會(huì)發(fā)出警報(bào)、自動(dòng)鎖定門(mén)鎖，以防止入侵。在現(xiàn)代燃?xì)庀到y(tǒng)中，安裝的氣敏傳感器能夠精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)空氣中氣體的濃度。一旦監(jiān)測(cè)到可燃?xì)怏w的濃度超過(guò)設(shè)定的安全閾值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警并切斷管道供應(yīng)，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?xì)獗Ｗo(hù)裝置還采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶可以通過(guò)手機(jī)上安裝的應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控燃?xì)庠O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，增加了便利性和安全性。探索

無(wú)論是家中、校園內(nèi)還是公共場(chǎng)所的控制系統(tǒng)，一旦操作不當(dāng)，都有可能帶來(lái)安全隱患或設(shè)備損壞。說(shuō)一說(shuō)，你遇到過(guò)哪些控制系統(tǒng)的安全問(wèn)題？探索輸入監(jiān)測(cè)到的可燃?xì)怏w的濃度計(jì)算監(jiān)測(cè)到的可燃?xì)怏w的濃度與設(shè)定的閾值比較，生成指令輸出切斷管道供應(yīng)或繼續(xù)工作燃?xì)庀到y(tǒng)自動(dòng)切斷管道供應(yīng)功能的工作過(guò)程示意圖輸入計(jì)算輸出

的工作過(guò)程示意圖

控制系統(tǒng)自我保護(hù)機(jī)制的應(yīng)用非常廣泛，請(qǐng)你參考燃?xì)庀到y(tǒng)自動(dòng)切斷管道供應(yīng)功能的工作過(guò)程示意圖，選擇一個(gè)控制系統(tǒng)中的自我保護(hù)功能，并嘗試?yán)L制出它的工作過(guò)程示意圖。控制系統(tǒng)的多重自我保護(hù)功能控制系統(tǒng)的安全性能隨著自我保護(hù)功能的增加而提高。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，必須進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，設(shè)計(jì)多重保護(hù)措施，以確保能夠應(yīng)對(duì)各種潛在的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(shí)施了全面的安全措施，這些措施通過(guò)多個(gè)子系統(tǒng)的緊密協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)子系統(tǒng)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此，新能源汽車配備了以下多重自我保護(hù)功能。（1）自動(dòng)緊急剎車系統(tǒng)（AEB）該系統(tǒng)主要由控制模塊、測(cè)距模塊和制動(dòng)模塊三大模塊構(gòu)成。輸入監(jiān)測(cè)車輛與前方障礙物之間的距離計(jì)算車輛與障礙物的距離和預(yù)設(shè)的安全距離進(jìn)行比較，生成指令輸出正常行駛或采取緊急制動(dòng)措施自動(dòng)緊急剎車系統(tǒng)工作過(guò)程示意圖（2）自適應(yīng)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(dòng)緊急剎車系統(tǒng)一樣，依靠雷達(dá)和攝像頭等傳感器監(jiān)測(cè)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(guò)監(jiān)測(cè)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(shí)發(fā)現(xiàn)并防止電池過(guò)熱或者失控，以保障電池的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。（4）防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）該系統(tǒng)利用輪速傳感器監(jiān)測(cè)各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)車輪即將因?yàn)閯x車過(guò)猛而停止轉(zhuǎn)動(dòng)了，它就會(huì)自動(dòng)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(jī)在緊急剎車時(shí)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(cè)系統(tǒng)（TPMS）該系統(tǒng)就像是輪胎的“健康警報(bào)器”，通過(guò)在每個(gè)輪胎內(nèi)部安裝的壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的氣壓，一旦胎壓異常，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)。（6）盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（BSM）該系統(tǒng)通過(guò)安裝在車輛后保險(xiǎn)杠兩側(cè)內(nèi)部的雷達(dá)傳感器監(jiān)測(cè)車輛兩側(cè)的盲區(qū)，當(dāng)雷達(dá)傳