The aim of this work is to increase the dependability of automation systems through the use of a tool for automatic generating and executing conformance tests. The developed tool calledGungnir uses formalmodels to performits actions,whose standard used is the formalism of Timed Automata (TA). The control systems consists of programmable logic controllers (PLC) and are often developed with Ladder and Function Block Diagram (FBD) languages. The Gugnir s key activity is to verify if the implementation of the control system developed in Ladder is compatible with the specification defined using the ISA 5.2 standard. To do so we used translation tools (from Ladder and ISA 5.2. to TA models), define coverages criteria and heuristics to ensure that the model was well tested / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Oobjetivo neste trabalho é aumentar a confiança no funcionamento de sistemas da automação através do uso de uma ferramenta de geração e execução automática de testes de conformidade. A ferramenta desenvolvida chama-se Gungnir e utiliza modelos formais, cujo padrão utilizado é o formalismo de Autômato Temporizado (AT). Os sistemas de controle são constituídos por Controladores Lógicos Programáveis (CLP) e normalmente são desenvolvidos nas linguagens Ladder e Function Block Diagram (FBD). A atividade da Gungnir é verificar se a implementação do sistema de controle desenvolvida na linguagem Ladder é compatível com a especificação modelada utilizando o padrão ISA 5.2. Para isso são utilizadas ferramentas de tradução de programas Ladder e diagramas ISA 5.2 para modelos de AT, definidos critérios de cobertura e criadas heurísticas as quais asseguraram menor custo computacional durante a execução dos testes

The problem of fault diagnosis has been widely discussed by the academic community using the theory of Discrete Event Systems. However, the application of this theory to real systems is a field where there is a lot to be explored. The problem proposed in this work is to diagnose permanent or intermittent failures in devices (sensors and actuators) belonging to stations of a didactic flexible manufacturing system, called Modular Production System - MPS, produced by Festo company. The objective will be achieved through a modeling and simulation that allow for future implementation in the system. Three methods will be presented on fault diagnosis written in UPPAAL software language which is based on the timed safety automata formalism, as proposed by ALUR and DILL (1994) and HENZINGER et al (1994). The first method is an implementation of TRIPAKIS (2002) diagnoser. The other two methods developed in this research are inspired by TRIPAKIS (2002) and are diagnosable by definitions presented in TRIPAKIS (2002) and I-diagnosability presented in Sampath et al. (1995). The strategies for fault detection include the use of a network of timed safety automata, composed of the automaton that describes the process behavior and the diagnosers automata for each type of failure. The diagnosers detect failures from the observation of delays of certain transitions in the automaton G (process) and isolate them through observations of the sensors states. Fault indicators events serve to announce failures and synchronize the automaton G with the diagnosers. / O problema do diagnóstico de falhas, utilizando a teoria de Sistemas a Eventos Discretos, tem sido largamente abordado pela comunidade acadêmica. Entretanto, a aplicação desta teoria a sistemas reais é um campo onde há muito a ser explorado. O problema proposto, neste trabalho, é o de diagnosticar falhas permanentes ou intermitentes de dispositivos (sensores e atuadores) pertencentes a estações de um sistema flexível de manufatura didático, denominado Sistema Modular de Produção - MPS, fabricado pela empresa Festo. Este objetivo será alcançado por meio de uma modelagem e simulação que permitam uma futura implementação no sistema. Serão apresentados três métodos para diagnóstico de falhas escritos na linguagem do software UPPAAL que se baseia no formalismo autômatos seguros temporizados, conforme proposto por ALUR e DILL (1994) e HENZINGER et al (1994). O primeiro método é uma implementação do diagnosticador proposto em TRIPAKIS (2002). Os outros dois métodos, elaborados nesta pesquisa, são inspirados no diagnosticador TRIPAKIS (2002) e são diagnosticáveis pelos critérios apresentados em TRIPAKIS (2002) e Idiagnosticabilidade conforme SAMPATH et al. (1995). As estratégias para detecção de falhas incluem a utilização de uma rede de autômatos seguros temporizados, composta pelo autômato que descreve o comportamento do processo e por autômatos diagnosticadores para cada tipo de falha. Os diagnosticadores detectam as falhas a partir da observação de atrasos de determinadas transições do autômato G (processo) e as isolam por meio de observações dos estados dos sensores. Eventos indicadores de falhas servem para anunciar falhas e sincronizar o autômato G com os diagnosticadores.

Submitted by Miriam Lucas (miriam.lucas@unioeste.br) on 2018-02-22T14:23:15Z No. of bitstreams: 2 Felipe_Crestani_dos_Santos_2017.pdf: 5495370 bytes, checksum: 82f81445874bba45497cda5c8d784d2f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T14:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Felipe_Crestani_dos_Santos_2017.pdf: 5495370 bytes, checksum: 82f81445874bba45497cda5c8d784d2f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-17 / The main line of research of this work is the study of approaches for supporting the development and analysis of the Power System Protection. In general, this process is carried out through of a large number of simulations involving various operating scenarios. The main limitation of this technique is the impossibility of coverage of all behavior of the system under analysis. In this context, this work proposes the use of Model Checking as a tool to support the procedure of development of power system protection schemes, principally in the sense of proving the security requirements and temporal deterministic expected behavior. Model Checking is a verification technique that explores exhaustively and automatically all possible system states, checking if this model meets a given specification. This work focuses on this two pillars of the Model Checking: to choose an appropriate modeling formalism for representation of the power system protection and how to describe the specification in temporal-logic for the verification process. With regard to the modeling formalism, the power system protection will be represented by the Hybrid Automata theory, while the verification tool adopted will be Statistical Model Checking, by the UPPAAL STRATEGO toolkit. It is underlined that this work is limited to the modeling of individual components of the power system protection, such that 18 models of the devices and protocols like communication bus (LAN), time synchronization protocol (PTP) and IEC 61850 communication protocols (SV and GOOSE) and Logical Nodes of power system protection, and 13 auxiliaries models, which emules the stochastic behavior to subsidise the verification process. The methodology of modelling adopted guarantees the effective representation of the components behaviour of power system protection. For this, the results of Model Checking process were compared with behavioral requirements defined by standards, conformance testings and paper related to the area. With regard to the contributions of this work, were identified three researches areas that could use the models developed in this work: i) implementation of power system protection schemes; ii) achievement of conformance testing; and iii) indication of the parameterization error of the power protection system scheme. / A linha de pesquisa abordada neste trabalho aponta para o estudo e desenvolvimento de ferramentas que subsidiem a proposição e validação de Sistemas de Proteção de Sistemas de Energia Elétrica. Em geral, este processo é realizado mediante simulações computacionais envolvendo diversos cenários de operação e distúrbios, tendo como principal limitação a impossibilidade de representar todos os caminhos de evolução do sistema em análise. Nesse contexto, propõe-se o emprego da técnica de Modelagem e Verificação Formal como ferramenta de suporte ao projeto, análise e implementação de estratégias de proteção, principalmente no sentido de comprovar se a estratégia atende os requisitos de segurança e comportamento determinístico temporal esperado. Em síntese, o método consiste na verificação de propriedades descritas em lógicas temporais, sob uma abstração apropriada (formalismo) do comportamento do sistema. Esta dissertação possui enfoque nestes dois requisitos: modelagem do sistema de proteção através de um formalismo adequado e tradução dos requisitos do comportamento desejado em propriedades descritas em lógica temporal. Com relação ao formalismo de apoio, a modelagem do sistema de proteção é baseada em uma abstração de Autômatos Temporizados Híbridos. Como ferramenta de validação, adota-se a técnica de Verificação Formal Estatística, através do software UPPAAL STRATEGO. Salienta-se que este trabalho se delimita apenas na modelagem e validação individual dos principais equipamentos de um sistema de proteção, sendo 18 modelos de dispositivos e protocolos como barramentos de comunicação (LAN), protocolo de sincronização de tempo PTP, protocolos de comunicação baseados em IEC 61850 e funções de proteção, e 13 modelos auxiliares que implementam um comportamento estocástico para subsidiar o processo de validação do sistema de proteção. O desenvolvimento dos modelos se deu através de uma abordagem sistemática envolvendo processos de simulação e verificação das propriedades sob o modelo em análise. Através desta metodologia, garante-se que os modelos desenvolvidos representam o comportamento esperado de seus respectivos dispositivos. Para isso, os resultados do processo de verificação foram comparados com requisitos comportamentais definidos por normas, testes de conformidade em equipamentos/protocolos e trabalhos acadêmicos vinculados à área. Com relação às contribuições do trabalho, identificou-se três linhas de pesquisa que podem fazer o uso dos modelos desenvolvidos: i) implementação de novas estratégias de proteção; ii) realização de testes de conformidade em equipamentos externos à rede de autômatos; e iii) indicação de erros de parametrização do sistema de proteção.