Построение и верификация ПЛК-программ по LTL-спецификации

Предлагается подход к построению и верификации программ логических контроллеров (ПЛК) для «дискретных» задач. Спецификация программного поведения проводится на языке темпоральной логики линейного времени LTL. Программирование осуществляется на языке ST (Structured Text) по LTL- спецификации. Анализ корректности LTL-спецификации производится с помощью программного средства символьной проверки модели Cadence SMV. Предлагаемый подход к программированию и верификации программ ПЛК демонстрируется на примере. Для дискретной задачи приводятся ST-программа, ее LTL-спецификация и SMV-модель.

Целью статьи является описание подхода к программированию ПЛК, который бы обеспечивал возможность анализа корректности ПЛК-программ с помощью метода проверки модели.

Поэтому изменение значения каждой программной переменной описывается с помощью пары LTL-формул. Первая LTL-формула описывает ситуации, при которых происходит возрастание значения соответствующей переменной, вторая LTL-формула задает условия, приводящие к уменьшению значения переменной. Рассматриваемые для спецификации поведения переменных LTL- формулы являются конструктивными в том смысле, что по ним производится построение ПЛК-программы, которая соответствует темпоральным свойствам, выраженным этими формулами. Таким образом, программирование ПЛК сводится к построению LTL-спецификации поведения каждой программной переменной. Кроме этого, по LTL-спецификации строится SMV-модель, которая затем проверяется на корректность (относительно дополнительных общепро- граммных LTL-свойств) методом проверки модели с помощью средства верификации Cadence SMV.

1. Кузьмин Е. В., Соколов В. А. Моделирование, спецификация и построение программ логических контроллеров // Моделирование и анализ информационных систем. 2013. Т. 20, №2. С. 104–120. (Kuzmin E. V., Sokolov V. A. Modeling, Specification and Construction of PLC-programs // Modeling and analysis of information systems. 2013. V. 20, №2. P. 104–120 [in Russian]).

2. Кузьмин Е. В., Соколов В. А. О построении и верификации программ логических контроллеров // Моделирование и анализ информационных систем. 2012. Т. 19, №4. С. 25–36. (Kuzmin E. V., Sokolov V. A. On Construction and Verification of PLC-Programs // Modeling and analysis of information systems. 2012. V. 19, №4. P. 25–36 [in Russian]).

3. Кузьмин Е. В., Соколов В. А. О верификации LD-программ логических контроллеров // Моделирование и анализ информационных систем. 2012. Т. 19, №2. С. 138–144. (Kuzmin E. V., Sokolov V. A. On Verification of PLC-Programs Written in the LDLanguage // Modeling and analysis of information systems. 2012. V. 19, №2. P. 138–144 [in Russian]).

4. Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 256 с. (Petrov I. V. Programmiruemye kontrollery. Standartnye jazyki i priemy prikladnogo proektirovanija. M.: SOLONPress, 2004. 256 p. [in Russian]).

5. Canet G., Couffin S., Lesage J.-J., Petit A., Schnoebelen Ph. Towards the Automatic Verification of PLC Programs Written in Instruction List // Proc. of the IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics. Argos Press, 2000. P. 2449–2454.

6. Clark E. M., Grumberg O., Peled D. A. Model Checking. The MIT Press, 2001.

7. CoDeSys. Controller Development System. http://www.3s-software.com/

8. Gries D. The Science of Programming. Springer-Verlag, 1981.

9. Parr E. A. Programmable Controllers. An engineer’s guide. Newnes, 2003. 442 p.

10. Pavlovic O., Pinger R., Kollmann M. Automation of Formal Verification of PLC Programs Written in IL // Proceedings of 4th International Verification Workshop (VERIFY’07). Bremen, Germany, 2007. P. 152–163.

11. Rossi O., Schnoebelen Ph. Formal Modeling of Timed Function Blocks for the Automatic Verification of Ladder Diagram Programs // Proc. of the 4th International Conference on Automation of Mixed Processes: Hybrid Dynamic Systems, Shaker Verlag, 2000. P. 177-182.

12. SMV. The Cadence SMV Model Checker. http://www.kenmcmil.com/smv.html