书籍详情
PLC程序组合检测理论与方法
作者：肖力田、肖楠、李孟源
出版社：清华大学出版社
出版时间：2022-11-01
ISBN：9787302617587
定价：¥139.00
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内容简介
本书针对控制系统PLC程序的正确性和可信性检测验证问题，介绍了以形式化理论方法综合运用形成组合检测验证体系，从多个层次检测验证PLC程序动态、静态和运行的正确性
作者简介
肖力田，清华大学计算机科学与技术博士，北京特种工程设计研究院首席专家兼航天发射场建设责任总师、研究员；多个中央与国家专家咨询委员会委员。作为我国航天测试发射与控制技术领域专家，长期从事航天发射场总体论证、规划、发展战略和试验技术等研究工作，是我国新型航天发射场建设的体系设计者和重要开拓者之一。先后担任项目负责人、总师和技术责任人，出色主持完成了一系列国家重大工程研究设计与建设任务；担任指挥部成员和测试发射总体技术专家，遂行保障了200余次重大发射任务，为我国航天发射领域建设跨越式发展做出了卓越贡献。先后获国家科技进步特等奖1项、二等奖1项，国家勘察设计金奖1项等；军队及省部级科技进步奖等44项（一等奖4项、二等奖10项）；发明专利与软件著作权47项，发表学术论文120余篇、著作5部，编制航天发射场类国军标3项。享受国务院政府特殊津贴；荣获中国航天基金会奖、信息化突出贡献人物奖，荣立个人二等功1次；原国防科学技术工业委员会授予“十大标兵”称号与英模等荣誉。
目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 2
1.1.1 PLC运行环境 5
1.1.2 PLC程序验证需求 7
1.2 程序正确性检测的现状 8
1.2.1 代码层次的测试技术 9
1.2.2 模型层次的模型检测技术 10
1.2.3 规约层次的定理证明技术 14
1.2.4 运行层次的状态检测技术 16
1.3 程序检测流程优化技术研究现状 24
1.3.1 工作流程计划相关研究 25
1.3.2 软件检测计划优化技术 32
1.3.3 PLC程序检测计划技术 36
1.4 本书主要内容 37
第2章 PLC程序组合检测体系架构 39
2.1 PLC工作模式以及系统模型 41
2.2 PLC程序组合检测体系 44
2.2.1 PLC组合检测体系构成 44
2.2.2 PLC程序组合检测方法学 45
2.3 PLC程序组合检测机理 48
2.3.1 PLC程序组合检测流程 48
2.3.2 PLC程序模块组合机制 50
2.4 PLC程序组合检测研究内容 54
2.5 本章小结 57
第3章 PLC程序指称语义 59
3.1 PLC主要编程指令简介 60
3.1.1 IEC 61131-3 60
3.1.2 PLC主要硬件单元 61
3.1.3 PLC主要编程指令集 64
3.2 PLC程序体系结构的定义 73
3.3 PLC程序的指称语义定义 76
3.3.1 PLC程序语句块的划分与定义 76
3.3.2 PLC程序基本语句块的指称语义函数 79
3.4 本章小结 86
第4章 PLC程序的组合测试 87
4.1 软件测试技术概述 88
4.2 PLC嵌入式软件测试技术的适应性研究分析 88
4.3 基于组合的PLC测试技术 92
4.3.1 PLC程序组合测试框架 92
4.3.2 PLC代码块的TA代码 93
4.4 本章小结 100
第5章 PLC程序的组合模型检测 102
5.1 组合模型检测的主要思路 103
5.2 线性时序逻辑语法、语义 105
5.3 线性时序逻辑的模型检测问题 106
5.4 模型检测工具 108
5.4.1 模型检测工具分类 108
5.4.2 面向属性验证的工具 110
5.4.3 面向系统分析和建模的工具 113
5.4.4 面向源程序验证的工具 117
5.4.5 模型检测验证工具选择 124
5.5 PLC程序的符号迁移系统表示 125
5.6 PLC程序的组合模型检测 128
5.6.1 通用的组合检测规则 129
5.6.2 PLC程序特有的组合规则 131
5.7 组合模型检测的正确性 133
5.7.1 通用的组合检测规则 133
5.7.2 PLC程序特有的组合检测规则 136
5.8 检测策略的案例分析 138
5.9 本章小结 141
第6章 PLC程序的组合证明 142
6.1 定理证明工具 144
6.1.1 COQ定理证明器 145
6.1.2 Automath定理证明器 146
6.1.3 Nqthm和ACL2定理证明器 147
6.1.4 Isabelle/HOL定理证明器 149
6.1.5 PVS定理证明器 151
6.1.6 Nuprl和LEGO证明开发系统 152
6.1.7 Mizar项目 154
6.2 直觉主义逻辑及其一阶逻辑定义 155
6.3 交互式定理证明工具COQ 159
6.4 基于COQ的PLC程序建模 161
6.5 基于COQ的PLC程序性质证明 173
6.6 本章小结 174
第7章 PLC程序组合检测实际应用 176
7.1 发射场系统任务与组成 177
7.1.1 传统发射场系统 178
7.1.2 先进航天发射场系统 180
7.2 发射场控制系统 185
7.2.1 发射场智能系统构成 185
7.2.2 发射场控制系统组成 187
7.3 案例概述 189
7.4 航天发射摆杆控制系统 190
7.5 航天发射摆杆控制系统PLC输出驱动模块 192
7.5.1 发射摆杆控制功能 192
7.5.2 正确性验证性质 194
7.6 PLC输出驱动模块的组合测试 196
7.6.1 实际测试 196
7.6.2 组合测试 197
7.7 PLC输出驱动模块的组合模型检测 198
7.8 PLC输出驱动模块的组合证明 199
7.9 PLC输出驱动模块的组合检测结果分析比较 201
7.10 本章小结 202
第8章 PLC程序运行状态检测 203
8.1 控制系统远程智能支持体系架构 204
8.1.1 现场级 205
8.1.2 过程级 206
8.1.3 远程级 206
8.1.4 控制任务中智能支持流程 207
8.2 远程智能支持构建关键要素 208
8.2.1 PLC程序运行状态检测验证 208
8.2.2 控制系统智能故障诊断 209
8.2.3 智能远程支持 210
8.2.4 远程智能支持平台构建 211
8.3 可信标签和检测验证协议 212
8.3.1 可信标签构建 212
8.3.2 可信标签签名算法分析 214
8.3.3 PLC程序状态迁移串行可信标签检测验证协议 215
8.3.4 PLC程序状态迁移并行可信标签检测验证协议 218
8.3.5 协议原型系统部署试验验证 220
8.4 PLC程序状态迁移可信标签检测验证协议的安全性分析 221
8.4.1 外部独立攻击的安全性分析 222
8.4.2 联合攻击的安全性分析 223
8.5 本章小结 224
第9章 相关性驱动检测流程优化 225
9.1 过程模型的选择 226
9.1.1 以流程对象为主的过程模型 226
9.1.2 测试计划的过程模型 228
9.2 PLC程序检测过程模型的定义 228
9.3 检测流程中检测项相关性 232
9.4 检测流程模型优化框架 233
9.4.1 强相关性检测项的转换 233
9.4.2 强相关性检测项的同步检测 234
9.4.3 强相关性检测项的异步检测 234
9.5 相关性驱动的组合检测流程优化可行性 236
9.6 本章小结 238
参考文献 239
1.1 研究背景 2
1.1.1 PLC运行环境 5
1.1.2 PLC程序验证需求 7
1.2 程序正确性检测的现状 8
1.2.1 代码层次的测试技术 9
1.2.2 模型层次的模型检测技术 10
1.2.3 规约层次的定理证明技术 14
1.2.4 运行层次的状态检测技术 16
1.3 程序检测流程优化技术研究现状 24
1.3.1 工作流程计划相关研究 25
1.3.2 软件检测计划优化技术 32
1.3.3 PLC程序检测计划技术 36
1.4 本书主要内容 37
第2章 PLC程序组合检测体系架构 39
2.1 PLC工作模式以及系统模型 41
2.2 PLC程序组合检测体系 44
2.2.1 PLC组合检测体系构成 44
2.2.2 PLC程序组合检测方法学 45
2.3 PLC程序组合检测机理 48
2.3.1 PLC程序组合检测流程 48
2.3.2 PLC程序模块组合机制 50
2.4 PLC程序组合检测研究内容 54
2.5 本章小结 57
第3章 PLC程序指称语义 59
3.1 PLC主要编程指令简介 60
3.1.1 IEC 61131-3 60
3.1.2 PLC主要硬件单元 61
3.1.3 PLC主要编程指令集 64
3.2 PLC程序体系结构的定义 73
3.3 PLC程序的指称语义定义 76
3.3.1 PLC程序语句块的划分与定义 76
3.3.2 PLC程序基本语句块的指称语义函数 79
3.4 本章小结 86
第4章 PLC程序的组合测试 87
4.1 软件测试技术概述 88
4.2 PLC嵌入式软件测试技术的适应性研究分析 88
4.3 基于组合的PLC测试技术 92
4.3.1 PLC程序组合测试框架 92
4.3.2 PLC代码块的TA代码 93
4.4 本章小结 100
第5章 PLC程序的组合模型检测 102
5.1 组合模型检测的主要思路 103
5.2 线性时序逻辑语法、语义 105
5.3 线性时序逻辑的模型检测问题 106
5.4 模型检测工具 108
5.4.1 模型检测工具分类 108
5.4.2 面向属性验证的工具 110
5.4.3 面向系统分析和建模的工具 113
5.4.4 面向源程序验证的工具 117
5.4.5 模型检测验证工具选择 124
5.5 PLC程序的符号迁移系统表示 125
5.6 PLC程序的组合模型检测 128
5.6.1 通用的组合检测规则 129
5.6.2 PLC程序特有的组合规则 131
5.7 组合模型检测的正确性 133
5.7.1 通用的组合检测规则 133
5.7.2 PLC程序特有的组合检测规则 136
5.8 检测策略的案例分析 138
5.9 本章小结 141
第6章 PLC程序的组合证明 142
6.1 定理证明工具 144
6.1.1 COQ定理证明器 145
6.1.2 Automath定理证明器 146
6.1.3 Nqthm和ACL2定理证明器 147
6.1.4 Isabelle/HOL定理证明器 149
6.1.5 PVS定理证明器 151
6.1.6 Nuprl和LEGO证明开发系统 152
6.1.7 Mizar项目 154
6.2 直觉主义逻辑及其一阶逻辑定义 155
6.3 交互式定理证明工具COQ 159
6.4 基于COQ的PLC程序建模 161
6.5 基于COQ的PLC程序性质证明 173
6.6 本章小结 174
第7章 PLC程序组合检测实际应用 176
7.1 发射场系统任务与组成 177
7.1.1 传统发射场系统 178
7.1.2 先进航天发射场系统 180
7.2 发射场控制系统 185
7.2.1 发射场智能系统构成 185
7.2.2 发射场控制系统组成 187
7.3 案例概述 189
7.4 航天发射摆杆控制系统 190
7.5 航天发射摆杆控制系统PLC输出驱动模块 192
7.5.1 发射摆杆控制功能 192
7.5.2 正确性验证性质 194
7.6 PLC输出驱动模块的组合测试 196
7.6.1 实际测试 196
7.6.2 组合测试 197
7.7 PLC输出驱动模块的组合模型检测 198
7.8 PLC输出驱动模块的组合证明 199
7.9 PLC输出驱动模块的组合检测结果分析比较 201
7.10 本章小结 202
第8章 PLC程序运行状态检测 203
8.1 控制系统远程智能支持体系架构 204
8.1.1 现场级 205
8.1.2 过程级 206
8.1.3 远程级 206
8.1.4 控制任务中智能支持流程 207
8.2 远程智能支持构建关键要素 208
8.2.1 PLC程序运行状态检测验证 208
8.2.2 控制系统智能故障诊断 209
8.2.3 智能远程支持 210
8.2.4 远程智能支持平台构建 211
8.3 可信标签和检测验证协议 212
8.3.1 可信标签构建 212
8.3.2 可信标签签名算法分析 214
8.3.3 PLC程序状态迁移串行可信标签检测验证协议 215
8.3.4 PLC程序状态迁移并行可信标签检测验证协议 218
8.3.5 协议原型系统部署试验验证 220
8.4 PLC程序状态迁移可信标签检测验证协议的安全性分析 221
8.4.1 外部独立攻击的安全性分析 222
8.4.2 联合攻击的安全性分析 223
8.5 本章小结 224
第9章 相关性驱动检测流程优化 225
9.1 过程模型的选择 226
9.1.1 以流程对象为主的过程模型 226
9.1.2 测试计划的过程模型 228
9.2 PLC程序检测过程模型的定义 228
9.3 检测流程中检测项相关性 232
9.4 检测流程模型优化框架 233
9.4.1 强相关性检测项的转换 233
9.4.2 强相关性检测项的同步检测 234
9.4.3 强相关性检测项的异步检测 234
9.5 相关性驱动的组合检测流程优化可行性 236
9.6 本章小结 238
参考文献 239
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