Универсальные УЧПУ имеют развитое программное обеспечение, которое в совокупности с микроЭВМ обеспечивает автоматическое управление СЧПУ, а также автоматизацию обработки информации. Программное обеспечение может включать в себя программы, различные по своему назначению. Учитывая специфичность решаемых задач управления, программное обеспечение разделяют на три вида.

Базовое программное обеспечение состоит из набора автономных программ и подпрограмм, предназначенных для интерфейса с пользователем. В базовое программное обеспечение входят следующие программы: программа-загрузчик, редактор текста, редактор связей, программа отладки, программы-утилиты (вспомогательные системные обрабатывающие программы ОС, обеспечивающие пользователей при обращении к различным средствам вычислительной техники для выборки необходимых сведений) для вычисления специальных функциональных зависимостей и переработки УП и другой информации транслирующие программы для трансляции текста с языков более высокого уровня, например с языка ассемблер, на язык УЧПУ; программы тестовой диагностики.

Операционное программное обеспечение (ОПО). Основной функцией ОПО является планирование работы процессора, распределение и защита памяти, управление периферийными устройствами, обработка внутренних и внешних прерываний, управление данными и библиотеками программ и выполнение прикладных программ.

Прикладное программное обеспечение имеет специфическое назначение. Оно создается или самим пользователем, или для пользователя для решения задач с учетом специфики объекта управления и периферийных устройств. Оно включает в себя: УП, подпрограммы стандартных циклов управления, программы обработки информации. Массовое производство микропроцессоров изменило принцип организации аппаратных средств СЧПУ, что позволило расширить виды реализуемых функций. Кроме того, внедрение универсальных вычислительных средств с СЧПУ обусловило разработку развитого прикладного программного обеспечения для более эффективной эксплуатации СЧПУ.

При управлении технологическим оборудованием в СЧПУ программное обеспечение выполняет главным образом следующие функции:

• загрузку управляющих программ и другой информации с предварительной упаковкой;
• обработку и редакцию УП;
• подготовку и обработку данных для ввода команд на технологическое оборудование;
• разделение и ввод отдельных порций информации на оборудование по мере отработки;
• анализ состояний технологического оборудования и формирование соответствующих признаков состояния оборудования;
• контроль и учет состояния органов управления на пультах оператора, наладчика; технолога-программиста;
• управление логикой станка (управление логическими программируемыми микроконтроллерами);
• учет погрешностей в узлах станка и учет износа инструмента, связь с ЭВМ более высокого ранга и организацию всевозможных запросов, прерываний.

Программное обеспечение, реализующее перечисленные функции, должно удовлетворять следующим требованиям:    

• обеспечивать проблемную ориентацию аппаратных средств с СЧПУ;
• отвечать принципам совместимости и преемственности в семействе УЧПУ на основе применения микропроцессорной техники;
• обеспечивать повышенную надежность системы;
• его структура должна отвечать модульному принципу, упрощающему модернизацию системы.

Программное обеспечение СЧПУ может уточняться, модифицироваться, однако существует типовой вариант (рис. 98). Служебные подпрограммы (ПП), входящие в программное обеспечение системы, включают в себя программу-загрузчик, которая выполняет ввод кадров или всей программы и распределение информации по адресам, упаковку УП; программу-редактор, обеспечивающую редактирование УП (выполняет необходимые вставки отдельных кадров, команд, параметров системы, коррекцию данных, стирание и замену операции); программу-библиотекарь, которая осуществляет подключение стандартных подпрограмм и других необходимых сведений в процессе функционирования СЧПУ.

Подпрограммы организации вычислительного процесса осуществляют более эффективное функционирование УЧПУ различной конфигурации в различных режимах. Эти подпрограммы должны выполнять работу как в программном, так и в микропрограммном режимах (управление сложным технологическим комплексом). Они включают в себя:

• подпрограмму начального пуска для перевода системы из начального состояния в режим, заданный с пульта оператора, сброс в нулевое состояние необходимых регистров, ввод констант, контроль начального состояния объекта и блоков УЧПУ, передачу управления из ПП диспетчер;
• подпрограмму диспетчер, которая определяет стратегию работы системы, контролирует работу устройства, выполняет прерывание и передает управление супервизору, который определяет порядок выполнения программ в зависимости от режима работы, установленного диспетчером;
• подпрограмму супервизор, которая организует диалог с оператором через пульт оператора, а также обеспечивает выдачу информации на внешние устройства (периферийные);
• подпрограмму «таймер», которая осуществляет контроль счетчиков времени, организует реализацию технологических команд, определяет периодичность включения ПП.

К подпрограммам контроля и поддержания надежности относятся:

• подпрограмма контрольных задач, которая осуществляет проверку взаимодействия устройства управления и оборудования;
• подпрограмма диагностических тестов, которая обеспечивает проверку работоспособности блоков УЧПУ, электроавтоматических устройств объекта управления, проверку массивов и правильности записи данных, выявление неисправностей с выдачей их на индикацию в виде кодов;
• подпрограмма реконфигурации, которая реализует подключение резервных блоков и необходимых программ при отказах, учет наиболее часто встречающихся отказов, индикацию изменения конфигурации системы, обновление программ.

Программы средств программирования и отладки включают в себя программу кросс-ассемблер (программное обеспечение, предназначенное для разработки программы одного типа в ЭВМ или УЧПУ на программу другого типа, т. е. значительно уменьшает число вводимых команд), проблемно ориентированный язык и ПП отладки и моделирования. Кросс-ассемблер используется для создания элементов программного обеспечения. Его предпочитают другим средствам программирования, так как он позволяет создавать эффективные программы, а его транслятор не занимает память непосредственно в УЧПУ. Проблемно ориентированный язык, необходимый для описания программ управления технологическим оборудованием, позволяет организовать эффективный ввод программ непосредственно с пульта, минуя процесс изготовления перфолент. ПП отладки и моделирования предназначена для моделирования фраз, команд при диалоговом режиме и отладки созданных моделей УП.

Прикладные программы специального назначения представляют собой набор отдельных программ, реализующих стандартные вычисления (преобразование данных из одной системы координат в другую, расчет траектории методом линейно-круговой интерполяции, эквидистанты и т. д.) или функции сбора и обработки информации. Они определяют проблемную ориентацию программного обеспечения и могут создаваться самим пользователем и записываться в оперативную память.

Для упрощения адресации элементов внутреннего программного обеспечения (распределение памяти по отдельным кадрам, циклам) информацию УП разбивают на зоны и делают эти зоны целесообразно фиксированными, ориентируясь на отдельный кадр или цикл программ (согласно формату). Так, например, могут быть организованы следующие зоны:

• первая, в которой расположены номер кадра или цикла в упакованном виде, т. е. за каждой ячейкой зоны закреплена строка;
• вторая и третья, предназначенные для формирования различных признаков;
• четвертая зона, служащая для формирования «образа» пульта, с которым супервизор работает;
• пятая, содержащая информацию, подлежащую выводу на индикацию; шестая, содержащая информацию о пройденном пути, необходимую для возврата рабочих органов в исходное положение;
• седьмая хранит промежуточные результаты, базовые адреса;
• девятая хранит константы, ячейки счетчиков циклов, выдержки времени, контролируемые параметры;
• десятая, которая служит для записи информации о неисправностях и приоритетах.

Появление микропроцессоров и микроЭВМ, создание электронных элементов с высокой степенью интеграции привели к качественным изменениям в технике программного управления. Более совершенными стали процессы проектирования и изготовления УЧПУ. На базе микропроцессорной техники модульного типа с высокой степенью интеграции создано несколько модификаций новых УЧПУ с ориентацией на ту или иную группу объектов управления и решаемых ими задач.

УЧПУ «Электроника МС2101.01» предназначено для управления станками токарной группы, а также объектами с такой же дисциплиной управления. Устройство имеет два блока управления: НМС 12401.01, имеющий пять каналов связи с импульсными датчиками; НМС 124021-02, имеющий три канала управления приводами (128 входов и 64 выхода).

УЧПУ «Электроника МС2101.04» сориентировано на управление станками шлифовальной группы. Устройство имеет два блока управления: НМС 12401.01 и НМС 12402.1-04, имеющий четыре канала управления приводами.

УЧПУ «Электроника МС2101.02» предназначено для управления станками фрезерно-сверлильной группы, многооперационными станками и гибкими производственными модулями. Устройство имеет три блока управления: НМС12401.2, НМС12402.1-06, имеющий шесть каналов управления приводами; НМС12402.01, имеющий четыре канала управления приводами (командоаппарат на 192 входа и 196 выходов).