A Temporal Logic for Programmable Logic Controllers

Abstract

We address the formal veri cation of the control so ware of critical systems, i.e., ensuring the absence of design errors in a system with respect to requirements. Control systems are usually based on industrial controllers, also known as Programmable Logic Controllers (PLCs). A speci c feature of a PLC is a scan cycle: 1) the inputs are read, 2) the PLC states change, and 3) the outputs are wri en. erefore, in order to formally verify PLC, e.g., by model checking, it is necessary to describe the transition system taking into account this speci city and reason both in terms of state transitions within a cycle and in terms of larger state transitions according to the scan-cyclic semantics. We propose a formal PLC model as a hyperprocess transition system and temporal cycle-LTL logic based on LTL logic for formulating PLC property. A feature of the cycle-LTL logic is the possibility of viewing the scan cycle in two ways: as the e ect of the environment (in particular, the control object) on the control system and as the e ect of the control system on the environment. For both cases we introduce modi ed LTL temporal operators. We also de ne special modi ed LTL temporal operators to specify inside properties of scan cycles. We describe the translation of formulas of cycle-LTL into formulas of LTL, and prove its correctness. is implies the possibility of model checking requirements expressed in logic cycle-LTL, by using well-known model checking tools with LTL as speci cation logic, e.g., Spin. We give the illustrative examples of requirements expressed in the cycle-LTL logic.

Model checking programs in process-oriented IEC 61131-3 Structured Text

“…Используя значение «импульсной» переменной cycle_u этого процесса, мы формулируем аналоги модальностей LTLциклические темпоральные операторы -для высокоуровневых требований в Promela, как показано в таблице 4. Эти темпоральные операторы использует логика cycle-LTL, разработанная нами в [27].…”

“…Разберём, как используется импульсный сигнал cycle_u на примере оператора G_cltl. В [27] доказано, что G i 𝜑 ≡ G(Input → 𝜑), где G i -циклический глобальный оператор, G -стандартный глобальный LTL-оператор и Input -булева переменная, истинная только в начале цикла управления. В Promela-коде таблицы 4 Input представлен импульсным сигналом cycle_u.…”

Requirement patterns in deductive verification of poST Programs

“…Варианты этих логик MTL (Metric Temporal Logic) и TCTL (Timed CTL) позволяют задавать временные рамки выполнения свойств, однако верификация таких свойств становится значительно более сложной [17] (глава 29). Ранее нами была предложена темпоральная логика cycle-LTL, учитывающая циклическую природу функционирования систем управления [18]. Хотя по выразительной силе логика LTL эквивалентна логике предикатов первого порядке [17] (глава 2), её прямое использование, также как и cycle-LTL, в нашем подходе дедуктивной верификации процесс-ориентированных программ [2] оказывается затруднительным в силу отсутствия в них явного подсчёта времени и сохранения истории изменений переменных системы, которая соответствует путям в моделях Крипке, на которых обычно определяется истинность формул LTL.…”

Closed-loop Control System Design of Wind Rope Hoisting of Transmission Tower

“…In China, with the continuous improvement of China's electric power system and the continuous expansion of the grid scale, the research and application of the transmission tower lifting control system has also made significant progress [4,5] . The lifting control system gradually introduces highprecision positioning technology, especially the closed-loop control servo motor system [6] . The application of this technology makes the lifting and attitude adjustment more accurate, and effectively solves the lifting problems of complex terrain and different sizes of towers.…”