In vielen Bereichen des täglichen Lebens sind elektronische Hilfssysteme, intelligente Steuergeräte oder Computer allgemein feste Bestandteile. Um sie möglichst flexibel an die gegebenen Rahmenbedingungen anpassen zu können, sind sie programmierbar. Die Korrektheit der dazu notwendigen Software ist entscheidend für die Sicherheit der Gerätschaften sowie für die optimale Bewältigung der gestellten Aufgaben. Ziel dieser Arbeit ist es, die Korrektheit der Steuerungssoftware für Produktionsanlagen mit deren spezifischen Eigenschaften zu gewährleisten. Dazu wird der geschlossene Kreis aus Steuerung und technischer Anlage betrachtet, was diese Arbeit gegenüber den meisten anderen wissenschaftlichen Beiträgen deutlich abgrenzt. Sie erhebt den Anspruch, konventionelle ingenieurmäßige Arbeitsabläufe um systematische und verständliche Methoden zu erweitern. Aus diesem Grunde ist das Hauptanliegen dieser Arbeit, verschiedene theoretisch fundierte Lösungsansätze auf praktische Problemstellungen anzuwenden und somit ein Rahmenwerk zu schaffen, welches die formale Analyse eines technischen Systems praktikabel macht. Kernpunkte sind dabei die (halb)automatische Generierung von formalen Anlagen- und Steuerungsmodellen, die domänenspezifische Spezifikation des Anlagenverhaltens, die Generierung von Testfällen, die erweiterte Simulation des technischen Prozesses sowie die Verifizierung des Steuerungsprogramms mit Hufe der Modellprüfung. Das Rahmenwerk begleitet den Anlagenentwicklungsprozess von Anfang an und unterstützt den Entwurf, die Umsetzung, die Dokumentation sowie die Wartung und ermöglicht schließlich das formale Testen bzw. Verifizieren. Dazu wird es in die bereits bestehenden Arbeitsabläufe des Ingenieuralltages integriert und verwendet vorhandene Daten, um Modelle und Anwendungsfälle abzuleiten. Es ist herstellerunabhängig und besitzt keine Einschränkungen bezüglich der verwendeten Steuerungshardware. Im Kontext dieser Arbeit werden IEC 61131 konforme Implementierungen betrachtet. Die Anwendung ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Fehler, die bei der Analyse aufgedeckt werden, werden aufbereitet und visualisiert. Die eigentliche Anpassung des Steuerungsprogramms wird ausschließlich durch den Softwareingenieur vorgenommen. Somit entscheidet dieser manuell über gegebenenfalls notwendige Änderungen, was die Akzeptanz des vorgestellten Ansatzes steigert. Der Korrektheitsnachweis bezüglich einer Verhaltensspezifikation wird für alle möglichen Anlagenzustände erbracht. Der zusätzliche Aufwand für diese formale Analyse amortisiert sich spätestens bei der Inbetriebnahme bzw. im laufenden Betrieb, da sowohl die kostenintensive Fehlersuche als auch die -korrektur entfallen.

    Today's world is full of smart gadgets, embedded devices, and computer systems. To use this equipment, software is implemented, which processes data and helps to make decisions, to control the distribution of goods, or to monitor processes - to mention just a very tiny subset. The correctness of this software is crucial for a failure-free but also safe operation of the corresponding systems. Concentrating on the topic of software correctness, this thesis is particularly focused on manufacturing control systems and their related characteristics. Thereby, the closed loop of the controller and the controlled plant is regarded, which clearly distinguishes this work from the majority of other scientific contributions. It claims to serve engineering demands for a systematic but also comprehensible enrichment of methodologies that are already applied in practice. For this, the mayor contribution of this work is a framework, which combines different solutions from academia to be applied in the plant engineering environment. These formal approaches concern the (semi-) automatic plant and controller model generation, the domain-specific description of the system's behavior, the test case generation, the improved simulation of the overall process, and last not least, the verification by means of model checking. The framework supports plant engineering from the beginning on, which encloses system design, implementation, documentation, maintenance, as well as testing and verification. Thereby, it is integrated to the engineering workflow and applies data, which usually is available already. Because of this, it does not open a completely new branch for system's analysis, but it fits in the conventional engineering process. The framework does not depend on a specific controller hardware vendor as there are no restrictions according to the fields of application. However, it is tailored - but not limited - to IEC 61131-3-conform software implementations. To increase the useracceptance, it reveals software failures within the control code and gives advices how to fix these. Most steps are automated to prevent the user from dull theory. However, the control algorithms are not modified by the applied software tools, but the software engineer retains full control over the process. Properly applied, the correctness of the control software is formally proven by the analyzing framework according to the specified requirements. Although, additional efforts have to be made, the costs for error tracing and correction while starting up or even while running the technical plant are economized.


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    Title :

    Technologies for engineering manufacturing systems control in closed loop


    Contributors:


    Publication date :

    2013


    Size :

    128 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    English




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