Intégration des techniques de vérification formelle dans une approche de conception des systèmes de contrôle-commande : application aux architectures SCADA

Integration of formal verification techniques into a control-command system design approach : application to SCADA architectures

• Auteur / Autrice : Soraya Kesraoui
• Direction : Pascal Berruet, Flavio Oquendo, Armand Abdoul Karim Toguyeni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Stic
• Date : Soutenance le 11/05/2017
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Segula Technologies (1984-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance - Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille
• Jury : Président / Présidente : Yamine Aït-Ameur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier-Henri Roux, Pascale Marangé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Kolski, Olivier-Henri Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande automatique

Systèmes complexes

Mots clés libres

Contrôle commande

Spécification

Modélisation

Vérification formelle

Style architectural

Idm

Alloy

Automates temporisés

Ctl

Revue systématique

Control-Command

Specification

Modeling

Formal verification

Architectural style

Mde

Alloy

Timed automata

Ctl

Systematic mapping

Résumé

La conception des systèmes de contrôle-commande souffre souvent des problèmes de communication et d’interprétation des spécifications entre les différents intervenants provenant souvent de domaines techniques très variés. Afin de cadrer la conception de ces systèmes, plusieurs démarches ont été proposées dans la littérature. Parmi elles, la démarche dite mixte (ascendante/descendante), qui voit la conception réalisée en deux phases. Dans la première phase (ascendante), un modèle du système est défini à partir d’un ensemble de composants standardisés. Ce modèle subit, dans la deuxième phase (descendante), plusieurs raffinages et transformations pour obtenir des modèles plus concrets (codes,applicatifs, etc.). Afin de garantir la qualité des systèmes conçus par cette démarche, nous proposons dans cette thèse, deux approches de vérification formelle basées sur le Model-Checking. La première approche porte sur la vérification des composants standardisés et permet la vérification d’une chaîne de contrôle-commande élémentaire complète. La deuxième approche consiste en la vérification des modèles d’architecture (P&ID) utilisés pour la génération des programmes de contrôle-commande. Cette dernière est basée sur la définition d’un style architectural en Alloy pour la norme ANSI/ISA-5.1. Pour supporter les deux approches, deux flots de vérification formelle semi-automatisés basés sur les concepts de l’IDM ont été proposés. L’intégration des méthodes formelles dans un contexte industriel est facilitée, ainsi, par la génération automatique des modèles formels à partir des modèles de conception maîtrisés par les concepteurs métiers. Nos deux approches ont été validées sur un cas industriel concret concernant un système de gestion de fluide embarqué dans un navire.

The design of control-command systems often suffers from problems of communication and interpretation of specifications between the various designers, frequently coming from a wide range of technical fields. In order to address the design of these systems, several methods have been proposed in the literature. Among them, the so-called mixed method (bottom-up/top-down), which sees the design realized in two steps. In the first step (bottom-up), a model of the system is defined from a set of standardized components. This model undergoes, in the second (top-down) step, several refinements and transformations to obtain more concrete models (codes, applications, etc.). To guarantee the quality of the systems designed according to this method, we propose two formal verification approaches,based on Model-Checking, in this thesis. The first approach concerns the verification of standardized components and allows the verification of a complete elementary control-command chain. The second one consists in verifying the model of architecture (P&ID) used for the generation of control programs.The latter is based on the definition of an architectural style in Alloy for the ANSI/ISA-5.1 standard. To support both approaches, two formal semi-automated verification flows based on Model-Driven Engineering have been proposed. This integration of formal methods in an industrial context is facilitated by the automatic generation of formal models from design models carried out by business designers. Our two approaches have been validated on a concrete industrial case of a fluid management system embedded in a ship.