Formal verification of PLC programs using the B Method

PLCs (acronym for Programmable Logic Controllers) perform control operations, receiving information from the environment, processing it and modifying this same environment according to the results produced. They are commonly used in industry in several applications, from mass transport to petroleum industry. As the complexity of these applications increase, and as various are safety critical, a necessity for ensuring that they are reliable arouses. Testing and simulation are the de-facto methods used in the industry to do so, but they can leave flaws undiscovered. Formal methods can provide more confidence in an application s safety, once they permit their mathematical verification. We make use of the B Method, which has been successfully applied in the formal verification of industrial systems, is supported by several tools and can handle decomposition, refinement, and verification of correctness according to the specification. The method we developed and present in this work automatically generates B models from PLC programs and verify them in terms of safety constraints, manually derived from the system requirements. The scope of our method is the PLC programming languages presented in the IEC 61131-3 standard, although we are also able to verify programs not fully compliant with the standard. Our approach aims to ease the integration of formal methods in the industry through the abbreviation of the effort to perform formal verification in PLCs

Verificação formal automatizada para sistemas de raciocínio procedural (PRS) utilizando redes de petri coloridas (RPC)

Este trabalho apresenta uma técnica de verificação formal de Sistemas de Raciocínio Procedural, PRS (Procedural Reasoning System), uma linguagem de programação que utiliza a abordagem do raciocínio procedural. Esta técnica baseia-se na utilização de regras de conversão entre programas PRS e Redes de Petri Coloridas (RPC). Para isso, são apresentadas regras de conversão de um sub-conjunto bem expressivo da maioria da sintaxe utilizada na linguagem PRS para RPC. A fim de proceder fia verificação formal do programa PRS especificado, uma vez que se disponha da rede de Petri equivalente ao programa PRS, utilizamos o formalismo das RPCs (verificação das propriedades estruturais e comportamentais) para analisarmos formalmente o programa PRS equivalente. Utilizamos uma ferramenta computacional disponível para desenhar, simular e analisar as redes de Petri coloridas geradas. Uma vez que disponhamos das regras de conversão PRS-RPC, podemos ser levados a querer fazer esta conversão de maneira estritamente manual. No entanto, a probabilidade de introdução de erros na conversão é grande, fazendo com que o esforço necessário para garantirmos a corretude da conversão manual seja da mesma ordem de grandeza que a eliminação de eventuais erros diretamente no programa PRS original. Assim, a conversão automatizada é de suma importância para evitar que a conversão manual nos leve a erros indesejáveis, podendo invalidar todo o processo de conversão. A principal contribuição deste trabalho de pesquisa diz respeito ao desenvolvimento de uma técnica de verificação formal automatizada que consiste basicamente em duas etapas distintas, embora inter-relacionadas. A primeira fase diz respeito fias regras de conversão de PRS para RPC. A segunda fase é concernente ao desenvolvimento de um conversor para fazer a transformação de maneira automatizada dos programas PRS para as RPCs. A conversão automática é possível, porque todas as regras de conversão apresentadas seguem leis de formação genéricas, passíveis de serem incluídas em algoritmos

Aplicação do método B ao projeto formal de software embarcado

This work shows a project method proposed to design and build software components from the software functional m del up to assembly code level in a rigorous fashion. This method is based on the B method, which was developed with support and interest of British Petroleum (BP). One goal of this methodology is to contribute to solve an important problem, known as The Verifying Compiler. Besides, this work describes a formal model of Z80 microcontroller and a real system of petroleum area. To achieve this goal, the formal model of Z80 was developed and documented, as it is one key component for the verification upto the assembly level. In order to improve the mentioned methodology, it was applied on a petroleum production test system, which is presented in this work. Part of this technique is performed manually. However, almost of these activities can be automated by a specific compiler. To build such compiler, the formal modelling of microcontroller and modelling of production test system should provide relevant knowledge and experiences to the design of a new compiler. In ummary, this work should improve the viability of one of the most stringent criteria for formal verification: speeding up the verification process, reducing design time and increasing the quality and reliability of the product of the final software. All these qualities are very important for systems that involve serious risks or in need of a high confidence, which is very common in the petroleum industry