《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于NuSMV的LD和ST語(yǔ)言形式化驗(yàn)證研究與實(shí)現(xiàn)
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第12期
郭肖旺1,2,趙德政1,2
1.中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所,北京100083;2.中電智能科技有限公司,北京102209
摘要: 依據(jù)工控系統(tǒng)的特點(diǎn),在分析現(xiàn)有工控系統(tǒng)編程標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3規(guī)定的工業(yè)語(yǔ)言基礎(chǔ)上,研究基于工業(yè)語(yǔ)言的形式化驗(yàn)證方法,通過(guò)對(duì)ST和LD語(yǔ)言進(jìn)行分析得到有限狀態(tài)機(jī)組態(tài)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確描述;通過(guò)NuSMV驗(yàn)證有限狀態(tài)機(jī)模型,獲得形式化驗(yàn)證的結(jié)果,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IEC61131-3編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的PLC邏輯代碼進(jìn)行分析,建立形式化驗(yàn)證模型,發(fā)現(xiàn)用戶(hù)編寫(xiě)的PLC邏輯代碼可能存在的邏輯缺陷,并提供對(duì)這些缺陷分析驗(yàn)證的報(bào)告。
中圖分類(lèi)號(hào): TP314
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.212293
中文引用格式: 郭肖旺,趙德政. 基于NuSMV的LD和ST語(yǔ)言形式化驗(yàn)證研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2022,48(12):94-99.
英文引用格式: Guo Xiaowang,Zhao Dezheng. Research and implementation of formal verification of LD and ST language based on NuSMV[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(12):94-99.
Research and implementation of formal verification of LD and ST language based on NuSMV
Guo Xiaowang1,2,Zhao Dezheng1,2
1.The Sixth Research Institute of China Electronics Corporation,Beijing 100083,China; 2.Intelligence Technology of CEC Co.,Ltd.,Beijing 102209,China
Abstract: According to the characteristics of industrial control system, based on the analysis of the existing industrial control system programming standard IEC61131-3 stipulated industrial language, this paper studies the formal verification method based on industrial language, analyzes the ST and LD languages, and gets the finite state model of the machine to achieve accurate description of the control objectives. The finite state machine model is verified by NuSMV, and the result of formal verification is gotten. In this way, the PLC logic code of IEC61131-3 programming language is analyzed, the formal verification model is established, and the possible logic defects of PLC logic code written by users are found, and the report of analysis and verification of these defects is provided.
Key words : industrial control system;compile;formal verification;finite state machine;modeling

0 引言

    工控系統(tǒng)具有一次啟動(dòng)長(zhǎng)期運(yùn)行的特點(diǎn),在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完成之后,不會(huì)再頻繁修改下裝邏輯,控制目標(biāo)具有持續(xù)性。根據(jù)IEC的最佳實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn),形式化驗(yàn)證技術(shù)是開(kāi)發(fā)安全攸關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)被強(qiáng)烈推薦使用的技術(shù)之一[1]。文獻(xiàn)[2]對(duì)利用形式化驗(yàn)證對(duì)智能合約設(shè)計(jì)和代碼實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中存在缺陷進(jìn)行了分析;文獻(xiàn)[3]提出一種基于SysML狀態(tài)機(jī)圖子集的機(jī)載軟件分層精化建模與驗(yàn)證方法;文獻(xiàn)[4]面向PLC提出支持精化關(guān)系的形式化語(yǔ)言,提出工業(yè)控制領(lǐng)域相關(guān)的建模及驗(yàn)證方法;文獻(xiàn)[5]將控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程描述為基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的自動(dòng)機(jī)中間模型;文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了一種基于FBD語(yǔ)言的形式化驗(yàn)證方法,采用比PLC測(cè)試或仿真更好的形式化方法,利用它的遍歷性可以全面地描述到系統(tǒng)的狀態(tài),而且能生成不滿(mǎn)足性質(zhì)的反例路徑;文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)ST的形式化驗(yàn)證方法,定義了一個(gè)形式化模型來(lái)描述其運(yùn)行時(shí)的行為,并給出了該模型上的LTL驗(yàn)證方法,借助ST程序的形式化操作語(yǔ)義和加權(quán)下推系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了形式化建模過(guò)程的自動(dòng)化。依據(jù)工控系統(tǒng)的特點(diǎn),本文在分析現(xiàn)有工控系統(tǒng)編程標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3規(guī)定的工業(yè)語(yǔ)言基礎(chǔ)上,研究基于工業(yè)語(yǔ)言的圖形化建模方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)的形式化準(zhǔn)確描述。




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作者信息:

郭肖旺1,2,趙德政1,2

(1.中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所,北京100083;2.中電智能科技有限公司,北京102209)




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