PLC程序組合檢測理論與方法
肖力田、肖楠、李孟源
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商品描述
本書針對控制系統PLC程序的正確性和可信性檢測驗證問題，介紹了以形式化理論方法綜合運用形成組合檢測驗證體系，從多個層次檢測驗證PLC程序動態、靜態和運行的正確性，在理論方法研究上取得了突破，實踐應用上具有綜合性優勢。 全書主要內容包括軟件檢測驗證需求背景和研究現狀；闡述了組合檢測體系架構、方法學和相關機理：按照IEC 61131-3標準，形式化定義PLC程序指令的指稱語義及其函數，形成統一語義和約束；分別從代碼層、模型層、規約層和運行層組合檢測驗證PLC程序，提供了PLC程序對應的符號遷移系統的變元集合、謂詞和遷移函數，以及定理證明驗證技術框架；在計算資源有限的PLC上實現可信計算驗證；相關性驅動優化檢測流程方法等。 本書既可作為形式化理論、信息科學、自動控制、航天發射等相關專業領域科技工作者和工程技術人員的參考書，也可作為高等院校與研究所相關專業教師和研究生的參考書。
作者簡介
肖力田，清華大學計算機科學與技術學科工學博士，北京特種工程設計研究院首席專家兼發射場建設責任總師、研究員；多個中央與國家專家委員會委員。 作為我國測試發射與控制技術領域專家，長期從事發射場總體論證、規劃、發展戰略和試驗技術等研究工作，是我國新型發射場建設的體系設計者和重要開拓者之一。先後擔任項目負責人、總師和第一技術責任人，出色主持完成了一系列國家重大工程研究設計與建設任務；擔任指揮部成員和測試發射總體技術專家，遂行保障了200餘次重大發射任務，為我國運載火箭發射與試驗領域建設跨越式發展做出了卓越貢獻。 先後獲國家科技進步特等獎1項、二等獎1項，國家勘察設計金獎1項等；軍隊及省部級科技進步獎等44項（一等獎4項、二等獎10項）；發明專利與軟件著作權47項，發表學術論文120餘篇（SCI、EI檢索46篇）、著作5部，編制發射場類國軍標3項。享受國務院政府特殊津貼；榮獲中國航天基金獎、全國工程勘察設計行業信息化突出貢獻人物獎，榮立個人二等功1次；國防科學技術工業委員會授予“十大標兵”稱號與英模等榮譽。
目錄大綱
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 2
1.1.1 PLC運行環境 5
1.1.2 PLC程序驗證需求 7
1.2 程序正確性檢測的現狀 8
1.2.1 代碼層次的測試技術 9
1.2.2 模型層次的模型檢測技術 10
1.2.3 規約層次的定理證明技術 14
1.2.4 運行層次的狀態檢測技術 16
1.3 程序檢測流程優化技術研究現狀 24
1.3.1 工作流程計劃相關研究 25
1.3.2 軟件檢測計劃優化技術 32
1.3.3 PLC程序檢測計劃技術 36
1.4 本書主要內容 37
第2章 PLC程序組合檢測體系架構 39
2.1 PLC工作模式以及系統模型 41
2.2 PLC程序組合檢測體系 44
2.2.1 PLC組合檢測體系構成 44
2.2.2 PLC程序組合檢測方法學 45
2.3 PLC程序組合檢測機理 48
2.3.1 PLC程序組合檢測流程 48
2.3.2 PLC程序模塊組合機制 50
2.4 PLC程序組合檢測研究內容 54
2.5 本章小結 57
第3章 PLC程序指稱語義 59
3.1 PLC主要編程指令簡介 60
3.1.1 IEC 61131-3 60
3.1.2 PLC主要硬件單元 61
3.1.3 PLC主要編程指令集 64
3.2 PLC程序體系結構的定義 73
3.3 PLC程序的指稱語義定義 76
3.3.1 PLC程序語句塊的劃分與定義 76
3.3.2 PLC程序基本語句塊的指稱語義函數 79
3.4 本章小結 86
第4章 PLC程序的組合測試 87
4.1 軟件測試技術概述 88
4.2 PLC嵌入式軟件測試技術的適應性研究分析 88
4.3 基於組合的PLC測試技術 92
4.3.1 PLC程序組合測試框架 92
4.3.2 PLC代碼塊的TA代碼 93
4.4 本章小結 100
第5章 PLC程序的組合模型檢測 102
5.1 組合模型檢測的主要思路 103
5.2 線性時序邏輯語法、語義 105
5.3 線性時序邏輯的模型檢測問題 106
5.4 模型檢測工具 108
5.4.1 模型檢測工具分類 108
5.4.2 面向屬性驗證的工具 110
5.4.3 面向系統分析和建模的工具 113
5.4.4 面向源程序驗證的工具 117
5.4.5 模型檢測驗證工具選擇 124
5.5 PLC程序的符號遷移系統表示 125
5.6 PLC程序的組合模型檢測 128
5.6.1 通用的組合檢測規則 129
5.6.2 PLC程序特有的組合規則 131
5.7 組合模型檢測的正確性 133
5.7.1 通用的組合檢測規則 133
5.7.2 PLC程序特有的組合檢測規則 136
5.8 檢測策略的案例分析 138
5.9 本章小結 141
第6章 PLC程序的組合證明 142
6.1 定理證明工具 144
6.1.1 COQ定理證明器 145
6.1.2 Automath定理證明器 146
6.1.3 Nqthm和ACL2定理證明器 147
6.1.4 Isabelle/HOL定理證明器 149
6.1.5 PVS定理證明器 151
6.1.6 Nuprl和LEGO證明開發系統 152
6.1.7 Mizar項目 154
6.2 直覺主義邏輯及其一階邏輯定義 155
6.3 交互式定理證明工具COQ 159
6.4 基於COQ的PLC程序建模 161
6.5 基於COQ的PLC程序性質證明 173
6.6 本章小結 174
第7章 PLC程序組合檢測實際應用 176
7.1 發射場系統任務與組成 177
7.1.1 傳統發射場系統 178
7.1.2 先進航天發射場系統 180
7.2 發射場控制系統 185
7.2.1 發射場智能系統構成 185
7.2.2 發射場控制系統組成 187
7.3 案例概述 189
7.4 航天發射擺桿控制系統 190
7.5 航天發射擺桿控制系統PLC輸出驅動模塊 192
7.5.1 發射擺桿控制功能 192
7.5.2 正確性驗證性質 194
7.6 PLC輸出驅動模塊的組合測試 196
7.6.1 實際測試 196
7.6.2 組合測試 197
7.7 PLC輸出驅動模塊的組合模型檢測 198
7.8 PLC輸出驅動模塊的組合證明 199
7.9 PLC輸出驅動模塊的組合檢測結果分析比較 201
7.10 本章小結 202
第8章 PLC程序運行狀態檢測 203
8.1 控制系統遠程智能支持體系架構 204
8.1.1 現場級 205
8.1.2 過程級 206
8.1.3 遠程級 206
8.1.4 控制任務中智能支持流程 207
8.2 遠程智能支持構建關鍵要素 208
8.2.1 PLC程序運行狀態檢測驗證 208
8.2.2 控制系統智能故障診斷 209
8.2.3 智能遠程支持 210
8.2.4 遠程智能支持平臺構建 211
8.3 可信標簽和檢測驗證協議 212
8.3.1 可信標簽構建 212
8.3.2 可信標簽簽名算法分析 214
8.3.3 PLC程序狀態遷移串行可信標簽檢測驗證協議 215
8.3.4 PLC程序狀態遷移並行可信標簽檢測驗證協議 218
8.3.5 協議原型系統部署試驗驗證 220
8.4 PLC程序狀態遷移可信標簽檢測驗證協議的安全性分析 221
8.4.1 外部獨立攻擊的安全性分析 222
8.4.2 聯合攻擊的安全性分析 223
8.5 本章小結 224
第9章 相關性驅動檢測流程優化 225
9.1 過程模型的選擇 226
9.1.1 以流程對象為主的過程模型 226
9.1.2 測試計劃的過程模型 228
9.2 PLC程序檢測過程模型的定義 228
9.3 檢測流程中檢測項相關性 232
9.4 檢測流程模型優化框架 233
9.4.1 強相關性檢測項的轉換 233
9.4.2 強相關性檢測項的同步檢測 234
9.4.3 強相關性檢測項的異步檢測 234
9.5 相關性驅動的組合檢測流程優化可行性 236
9.6 本章小結 238
參考文獻 239
