Verifikace bezpečnostně kritických a bezpečnostních systémů kontroly a řízení metodou model checking a strukturálním testováním
Date issued
2024-02-28
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Západočeská univerzita v Plzni
Abstract
Tato disertace se zabývá problematikou bezpečnostně kritických systémů a systémů kontroly a řízení (I&C) souvisejících s bezpečností (bezpečnostní I&C systémy).<br>Prvním přínosem této disertace je nová metoda pro verifikaci konečně-stavových algoritmů v jazyku funkčně blokových schémat (FBD) metodou model checking. Tato nová metoda je založena na funkčně-ekvivalentní formalizaci FBD algoritmu a jeho následném ověření. Jsou zde také prokázány podmínky, za kterých lze výsledky metody model checking pro formalizovaný algoritmus očekávat i pro původní algoritmus. Dále jsou zde popsány podmínky pro implementaci algoritmů v cílovém I&C systému, za kterých lze výsledky metody model checking s určitou mírou pravděpodobnosti očekávat i pro chování výsledného běžícího I&C systému. Tato disertace navíc také obsahuje rozšíření této metody, které umožňuje její využití i pro konečně-stavové sub-grafy obecných FBD algoritmů.<br>Druhým přínosem je nová metoda pro automatické generování testovacích případů pro FBD algoritmy a metoda strukturálního testování I&C systémů implementujících tyto algoritmy ve svém aplikačním software. Metoda pro generování testovacích případů je založena na analytickém přístupu a poskytuje informaci o tom, kterou část chování daného algoritmu nelze otestovat. Tato metoda je schopná generovat testovací případy i pro FBD algoritmy se zpětnovazebnými smyčkami, funkčními bloky s vnitřními stavy a zpožďujícími časovači. I tuto metodu lze rozšířit pro použití na konečně-stavových sub-grafech obecných FBD algoritmů. Strukturální testování je zajištěno pomocí Hardware-In-the-Loop (HIL) nebo Software-In-the-Loop (SIL) testování daného I&C systému podle vygenerovaných testovacích případů.<br>Třetím přínosem je nový verifikační proces, který využívá tyto nové metody pro verifikaci algoritmů metodou model checking, generování testovacích případů a strukturální testování I&C systémů. Tento proces byl navržen tak, aby vyhovoval většině norem, které se zabývají vývojem a verifikací bezpečnostně kritických systémů a systémů souvisejících s bezpečností. Zároveň je ale tak jednoduchý, aby bylo možné ho snadno využívat i v průmyslovém prostředí. Tento proces byl již úspěšně využit k verifikaci reálného bezpečnostního I&C systému jaderné elektrárny.
Description
Subject(s)
model checking, formální verifikace, bezpečnostně kritický software, bezpečnost, systémy související s bezpečností, bezpečnostní systémy, bezpečnostně kritické systémy, strukturální testování, automatické generování scénářů testů, FBD, funkční bloky, jaderná elektrárna, I&C, měření a řízení, PLC, programovatelný logický automat, IEC standardy, funkčně ekvivalentní formalizace, formalizace