Contribution à la Commande des systèmes à événements discrets par filtre logique

par Romain Pichard

Thèse de doctorat en ATS - Automatique et Traitement de Signal

Sous la direction de Bernard Riera et de Alexandre Philippot.

Soutenue le 30-11-2018

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne) , en partenariat avec Centre de Recherche en STIC. CReSTIC (laboratoire) .

Le président du jury était Serge Debernard.

Le jury était composé de Alexandre Philippot, Ramla Saddem, Véronique Carré-Ménétrier, Jean-François Petin.

Les rapporteurs étaient Jean-Marc Roussel, Laurent Piétrac.


  • Résumé

    Cette thèse contribue à une approche formelle de conception d'un programme de contrôle/commande pour les systèmes automatisés de production (SAP) contrôlés par des automates programmables industriels (API). Dans ce contexte, deux constats principaux ont été soulevés : il existe manque de méthodologie efficace pour la conception d'un programme API dans le monde industriel et les méthodes formelles issues du monde académique ne sont ni connues ni utilisées par l'industrie car trop complexes. Par ailleurs, l'industrie du futur nécessitera des contrôleurs toujours plus flexibles et fiables. La flexibilité implique que les programmes seront encore plus difficiles à réaliser, et par conséquent, la difficulté pour garantir la fiabilité de ceux-ci sera accrue.Pour répondre à ces problématiques, une méthode de conception formelle s'intégrant dans un cycle de développement industriel classique (cycle en V) a été proposée. De plus, afin de faciliter le transfert vers l'industrie tant d'un point de vue technique (API) qu’humain (pratique des automaticiens), le formalisme utilisé est entièrement basé sur des variables et des équations logiques appelées contraintes logiques. Ces contraintes logiques permettent la spécification des exigences informelles recensées dans le cahier des charges. A partir de ces contraintes logiques, un algorithme de résolution des contraintes, implémentable dans un API, est synthétisé et implémenté automatiquement dans un langage de programmation normalisé pour API. Ce filtre logique peut être utilisé pour : commander un SAP contrôlé par un API, vérifier formellement un programme API, mettre en sécurité un programme API déjà existant présentant des erreurs.Les travaux de cette thèse ont eu pour objectif de lever certains verrous et de globalement améliorer et renforcer l'approche par filtre logique. Dans le but de généraliser l'approche par filtre, un effort important a été réalisé autour de la formalisation des contraintes logiques et des différentes fonctions et propriétés associées au filtre logique. Cet apport de formalisation a permis, en particulier, de proposer une approche de vérification formelle de la notion de cohérence d'un filtre logique ainsi qu'une condition nécessaire et suffisante à cette propriété. Enfin, après avoir mis à jour l'algorithme d'implémentation classique, deux algorithmes de recherche locale d'une solution basés sur des techniques de solveur SAT ont été proposés.

  • Titre traduit

    Contribution to the Control of discrete event systems by logical filter


  • Résumé

    This thesis contributes to a formal approach to design control/command program for automated production systems controlled by Programmable Logical Controller (PLC). In this context, two main observations have been highlighted: there is a lack of efficient methodology for the design of PLC program in the industrial field and the academicals formal approaches are neither known nor used in manufacturing industry due to high complexity. Furthermore, the industry of future will require flexible and reliable PLC program. The flexibility implies that programs will be even more difficult to design and, consequently, the complexity to guarantee the reliability will be increased.To address these issues, a formal design approach, presented as a classical V-cycle, have been proposed. Moreover, to facilitate the industrial transfer from both technical (PLC) and human (engineer practice) point of view, the formalism is exclusively based on logical variables and equations called logical constraints. These constraints are used to specify the informal requirements described in the specification book. From these constraints, a logical filter is synthesized automatically and a solving algorithm, IEC 61131-3 compliant, is implemented in the PLC program. This logical filter may be used to: command an automated production system controlled by a PLC, verify formally a PLC program, and make safe an existing PLC program containing errors.The contributions of this thesis covered the whole development cycle: formal specification, formal analysis and synthesis, automatic implementation in a PLC program. To support these contributions, a significant effort was made on the formalism based on logical constraints. This new formalism has allowed, in particular, to propose a necessary and sufficient condition to the coherence property of a logical filter and to guarantee the convergence of the online solving algorithm. At least, the classical solving algorithm has been updated according to the new formalism, and two algorithms based on SAT solver techniques and local research have been proposed and tested on real PLC.


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