Modélisation de la commande de la machine Indexa …map/WEBSPORTS/Documents/Seminaires/Indexa.pdf · de la machine Indexa par SyncCharts ... Etat - Transition SyncCharts Automate

Laboratoire I3S : équipe SPORTS 1

Modélisation de la commandede la machine Indexa par SyncCharts

D. Gaffé et I. Schmid

Laboratoire Informatique Signaux et Systèmes de Sophia-Antipolis

http://www.i3s.unice.fr/~map/WEBSPORTS/index.htm


Plan

§ Introduction sur l’approche synchrone

§ Présentation du modèle SyncCharts

§ Application à la machine Indexa- Simulation- Modèle de comportement- Preuves

§ Conclusion


Approche Synchrone

Se rencontrent dans :Se rencontrent dans :

- Conduite de procédés Industriels ( S.A.P. )- Robotique- Aéronautique et Militaire- Télécommunication ( Protocoles)- Vie de tous les jours

systèmeStimuli Réaction

Se caractérisent par :Se caractérisent par :

- Contraintes temporelles fortes- Prévisibilité et sûreté- Fiabilité- Robustesse- Parallélisme et répartition

Temps connu ou borné < T

Stimuli

Réaction

Système réactif temps-réel


Approche Synchrone

üLe Synchrone de l’AutomaticienüüLe Synchrone de l’AutomaticienLe Synchrone de l’Automaticien

Évolution synchrone:Évolution simultanée de tousles états locaux du système(ex: compteur synchrone)

Entrées synchrones:Prise en compte des entrées

à des dates précises

- Date définie par la variation d’un signal spécial de synchronisationsouvent appelé horloge

- Découplée de la variation des entrées


Approche Synchrone

üLe Synchrone de l’InformaticienüüLe Synchrone de l’InformaticienLe Synchrone de l’Informaticien

Évolution synchrone:Évolution atomique

où la valeur des entrées est figée(instant)

Il n’y a pas forcément simultanéité réellede l’évolution de tous les acteurs internes.Un ordre partiel d’exécution est suffisant.

Déclenchements synchrones:Provoquent une réaction (immédiate) du système

lors de l’évolution des entrées.(occurrence d’événement)

correspond à la définition d’entrées asynchronesPour un automaticien !


Approche Synchrone

Nécessité d’une machine d’exécution

Générateurd’événements

Entréesasynchrones

oudemande

d’évolutionexplicite

Programmesynchrone

Synchronisation des entrées à la même date logique

Horloge (tick Esterel)

Présentation des sortiesà la même date physique

Sorties

Post-synchroniseur


SyncChartsGénèse

Expression graphique des règles de préemption d ’Esterel

Expérience des HSENS(réseaux de Petri hiérarchiques)

Statecharts

SyncCharts

Argos

I3S


SyncCharts

sustain S2S2

a / S1

b / S3

c

S2

I

Etat - Transition

SyncCharts Automate associé (Mealy)

En pratique (Esterel Studio):

a / S1,S2

b / S3

c

not a

not b / S2


SyncChartsPréemption forte

Sustain S4

I

I

a / S1

b / S2

c / S3Stop / FIN

not c and not stop

c and not stop/S3

a and not stop/S1,S4not b and not stop

/S4

b and not stop /S2

stop /FIN

stop /FIN

not stop and not a

stop /FIN


SyncChartsPréemption faible

Sustain S4

I

I

a / S1

b / S2

c / S3Stop / FIN

not c and not stop

c and not stop/S3

a and not stop/S1,S4not b and not stop

/S4

b and not stop /S2

stop and not b /FIN, S4

stop and not c /FIN

not stop and not a

stop and not c /S3,FIN

stop and b /FIN, S2

stop and not a /FIN

stop and a /FIN,S1,S4


SyncChartsTerminaison normale

I

I

a / S1

/ S3

I

b / S2

d / S5

c / S4

a and not b / S1

not a and not b

a and b / S1,S2,S3

a / S1,S3

b and not a / S2

b / S2,S3

not b

not c

not d

c / S4

d / S5

not a


SyncChartsSuspension

a and not d / S1, S5

not a and not d / S4

b and not d / S2,S6

c and not d / S3, S4

not b and not d/ S5

dd

not c and not d / S6

d

I

I

b / S2

sustainS6

sustainS5

c / S3 a / S1

S

d

sustainS4


SyncCharts

Au pire produit cartésien !

Parallélisme

I

I

a

I

c

d

eb


SyncChartsRéaction immédiate (opérateur #)

- S2 jamais émis !- à sa création, commence par transiter jusqu’à un état stable

Phénomène déjà connu en Grafcet!

Nécessite un état supplémentaire dans l’automate (non existence)

I

# a / S1

sustain S2

# a / S3

# a / S4

not a

a / S1,S3,S4

not a

a / S1,S3,S4


SyncChartsCommunication dans l’instant

I

I

r0/r1

# REQ

b2 and not b1 and b0 / TERM

r1

sustain b2

I

r0r1

sustain b1

tick/r0

I

tick

sustain b0

# REQ

signal b2, b1, b0, r0, r1

not REQ

REQ

REQ / TERM

1

1

1

1not REQ / TERM

REQ

not REQ

000

001

010

011

100


SyncChartsVariables et signaux valués

Preuves de comportement ?

# REQ

[cpt < 5] / cpt := cpt +1

Var cpt := 1 :integer

[cpt >= 5] / cpt := 1 # REQ

[pre (?cpt) < 5] / cpt ( pre(?cpt) +1)

signal cpt := 1 :integer

[pre (?cpt) >= 5] / cpt(1)

I I


SyncChartsHiérarchie, instanciation et renommage

modèle de comportement défini ailleurs … dans un formalisme synchrone :

- Esterel- Lustre- SyncCharts- Grafcet (Sgrafcet)

principal

I

I

c/S

Sustain S2

I

b

Inst1 @ traitement

Inst2 @ traitement

b a

d / sorti

d d

relance

s

loop present x then emit T end presenteach tick


SyncChartsChaîne de compilation

Lustre Grafcet

.lus .strl

compilateurLustre

compilateurEsterel

.sc

scc

compilateurSyncCharts

.blif

SyncCharts

(équations booléennes de changement d’état)

.c

Implémentationlogicielle

Implémentationmatérielle

Simulation( XES)

Preuve( XEVE)

scvhdl

.vhdl

scblif

g2sc

Esterel


SyncChartsPreuves formelles

Solution 1 :Etudier le code généré !

compilation

I

I

r0/r1

# REQ

b2 and not b1 and b0 / TERM

r1

sustain b2

I

r0r1

sustain b1

tick/r0

I

tick

sustain b0

# REQ

signal b2, b1, b0, r0, r1



Respecte la spécification initiale

Table

d’évolution

mais solution laborieuse !

000not REQ / TERM

REQ

REQ / TERM

1

1

1

1not REQ / TERM

REQ / TERM

not REQ

111

101

110

100

011

011

001

not REQ

REQ



Observateurs d’Halbwachs

Solution 2 :Mieux utiliser le simplifieur booléenIntégré au générateur de code !

En créant une sortie qui caractérise la propriétéséquentielle qui nous intéresse …

Système

Observateur

Système

Modèle env+

Observateur

Entrées Sorties

Erreur

Erreur



Exemple: Dès que E arrive, le système émet toujours S1 avant S2

Compilation du SyncCharts observateur et du SyncCharts principalvers des équations booléennes (BDD)

Observateurassocié :

si erreur = 0 alors la propriété est toujours vraie sinon recherche d’accessibilité…

Outil XEVE

I

# E

S1

sustainerreur

# S2

I


Application à la machine indexaPrésentation du système


Application à la machine indexaSimulateur associé


Application à la machine indexaHiérarchie proposée

Induite par la hiérarchie du système

Induite par les sécurités

Induite par les modes et les sous-modes de fonctionnement (GEMMA)


Application à la machine indexaHiérarchie proposée (2)

contrôleur machine indexa

gestionnaire

du signal

en service

tension contrôle (contrôleur principal)

hors

tension

sous tension

init test défaut

cohé

renc

e fonc.

normal

Automate programmableSécurités cablées


Application à la machine indexaLes signaux d’entrées

§ sous_tension_B : bouton SOUS TENSION

§ en_service_B : bouton EN SERVICE

§ S1 : TIROIR SORTI

§ S2 : TIROIR RENTRE

§ S3 : TETE DE VISSAGE EN HAUT

§ S4 : TETE DE VISSAGE EN BAS

§ S5 : TETE DE VISSAGE DEVISSEE

§ S6 : DEFAUT VISSAGE

§ S7 : BOCAL BLOQUE

§ CAME (S8) : capteur MOTEUR ASYNC.

§ S10 : BOCAL EN ENTREE

§ S11 : BOURRAGE SORTIE

§ S12 : PRESENCE VIDE

§ BP1 : bouton MARCHE

§ ARRET (BP2) : bouton ARRET F.C.

§ BP4 : bouton INITIALISATION

§ KATMC : capteur TAPIS EN MARCHE

§ ATU : bouton ARRET URGENT

§ SC : capteur SECURITE PORTE

§ panne_KG1 : relais KG1 en panne

§ panne_KG2 : relais KG2 en panne

§ seconde


Application à la machine indexa

§ EV1 : RENTRER TIROIR

§ EV2 : SORTIR TIROIR

§ EV3 : VISSER

§ EV4 : DEVISSER

§ EV5 : DESCENDRE TETE DE VISSAGE

§ EV6 : MONTER TETE DE VISSAGE

§ EV7 : BLOQUER BOCAL

§ EV9 : ASPIRATION

Les signaux de sorties

§ KAMV : MARCHE MOTEUR PLATEAU

§ KAMT : MARCHE MOTEUR TAPIS

§ sous_tension_V : voyant SOUS TENSION

§ en service_V : voyant EN SERVICE

§ V1 : voyant DEFAUT

§ V2 : voyant MACHINE PRETE

§ V3 : voyant MARCHE


Modèle de comportement




















Modèle de comportementEgalement développée la version ``Production quand même’’ (cf. Gemma)

et ainsi de suite …


Preuves de comportementPreuves combinatoires

üTourner-visser : Le plateau ne tourne pas en phase de vissage

üSortir-descendre : Ordres de sortir-tiroir et descendre-ventouse non émis simultanément

üRentrer-monter : Ordres de rentrer-tiroir et monter-ventousenon émis simultanément

Egalement Rentrer-descendre et Sortir-monter


Preuves de comportement



Sur tout l’espace d’état accessible !






Preuves de comportementPreuves séquentielles

üSortir-bas : Ne pas sortir le tiroir quand ventouse en bas

üRentrer-bas : Ne pas rentrer le tiroir quand ventouse en bas

üRentrer-bas-asp : Cf. propriété précédente + aspiration

üPlateau : Plateau ne tourne pas en cas de bourrage en sortie














ConclusionSyncCharts bien adapté pour modéliser l’application concernée :

• la hiérarchie d’états facilite les approches montantes et descendantes

• facile à appréhender avec la culture Grafcet ou système d’états

une semaine !

• permet de vérifier des propriétés combinatoires et séquentielles et de

les exprimer dans le même formalisme

toutefois une simulation réaliste de l’environnement reste indispensable !

• un simulateur et un générateur de code sont intégrés dans

l’environnement de développement (Esterel Studio)


Bibliographie et logiciels•Sur SyncCharts: http://www-sop.inria.fr/meije/esterel/syncCharts/index.html

"SyncCharts : un modèle graphique synchrone pour systèmes réactifs complexes " , Charles André, rapport interne sur la sémantique de SyncCharts

"Behavioral Specification of a Circuit using SyncCharts: a Case Study ", Charles André & Marie-Agnès Peraldi-Frati, rapport interne relatif à une étude de cas.

"Representation and Analysis of Reactive Behaviors: A SynchronousApproach ", Charles André,invited paper, CESA'96, IEEE-SMC, Lille(F), July 9-12, 1996

+ Editeur de SyncCharts développé par Charles André

•Sur Esterel: http://www.esterel.org

" The Esterel Primer " , Gérard Berry, tutorial sur le langage Esterel

" The Constructive Semantics of Pure Esterel " ,Gérard Berry, manuel de référence du langage

+ compilateur, simulateur, prouveur développé à l’INRIA et à l’Ecole des Mines

Existe également une version industrielle de l’environnement Esterel + SyncCharts

maintenue par Esterel-technologie (simulog): http://www.esterel-technologies.com/index.htm