В процессе эксплуатации УЧПУ работает в режимах, предусмотренных на стадии его проектирования совокупностью программных и аппаратных средств. Эти режимы разнообразны и зависят от конкретного объекта управления. Однако для большинства объектов управления и УЧПУ можно выделить несколько типовых режимов (заданий) (в эксплуатационной документации УЧПУ под заданием, как правило, понимается режим работы УЧПУ), предусматривающих стадии подготовки к выполнению и выполнению работ.
Одно из первых заданий, которое необходимо выполнить УЧПУ,- провести анализ своей исправности и готовности к выполнению последующих заданий оператора или системы верхнего уровня иерархии, т.е. выполнить работу по диагностике УЧПУ со 100%-ным обнаружением и с определением не менее 80% причин отказа. Часто объем работ по диагностике распространяется не только на УЧПУ, но и объект управления.
Диагностические средства УЧПУ преследуют три главные функции: контроль исправности аппаратных средств, сохранности системного ПО (в конечном счете, сводящегося к проверке памяти как аппарата) и контроль за правильным протеканием процесса управления с целью предотвращения аварий в системе и брака системы. При этом выясняется состояние аппаратных средств всей системы с различной степенью детализации, т.е. оценивается состояние функционального модуля, узла в модуле или элемента в узле. Время восстановления работоспособности системы при отказе во много зависит от степени детализации указания места неисправности. Для выполнения задания и диагностики УЧПУ проектанты УЧПУ предусматривают встроенные и (или) выносные программно-аппаратные средства контроля и диагностики. При этом встроенные средства диагностики ориентированы в основном на диагностику оборудования до момента выполнения производственного задания, а контроля - на процесс выполнения производственного задания. Как правило, диагностика проводится автоматически при включении системы, и в случае обнаружения неисправностей выдаются диагностические сообщения. В ходе контроля за процессом управления наблюдаются отклонения от нормального хода процесса, и при наличии отклонения останавливается процесс в выдачей диагностических сообщений. Специальные диагностические тесты модулей УЧПУ и выносные программно-аппаратные средства обычно применяются при отыскании и устранении неисправностей, когда УЧПУ не выполняет производственных и подготовительных заданий.
Анализ диагностических возможностей, некоторых отечественных и зарубежных УЧПУ позволил классифицировать по группам ошибки, выдаваемые системами диагностики.
Первая группа - синтаксические ошибки анализа текста управляющей программы, связанные с неправильным ее вводом по форме.
Вторая группа - семантические ошибки управляющей программы, связанные с неправильным ее вводом по содержанию.
Третья группа - ошибки, связанные с неправильными действиями оператора при выдаче УЧПУ задания с помощью клавишных средств панели (пульта) оператора.
Четвертая группа - ошибки, связанные с невозможностью выполнения задания в связи с ограничениями исполнительной системы или УЧПУ или вследствие непредусмотренных действий оператора.
Пятая группа - ошибки, относящиеся к использованию макроопределений.
Шестая группа - ошибки обращения к каналу связи по программным и аппаратным причинам.
Седьмая группа - ошибки, связанные с невыполнением диагностических проверок или с нарушением нормального хода процессов.
Восьмая группа - ошибки, носящие характер сбоев.
Девятая группа - ошибки, связанные с невозможностью идентификации (понимания) информации.
Следует заметить, что характер ошибок, выдаваемый диагностической системой УЧПУ, во многом схож с характером ошибок, выдаваемых операционными или вычислительными системами вычислительных машин.
Диагностические сообщения во много облегчают понимание процессов, происходящих в ПС, и способствуют уменьшению времени восстановления ее работоспособности про отказах.
Существует также режим работы УЧПУ, при котором выполняется ввод -вывод информации по каналам связи с внешними устройствами и модулями УЧПУ, прежде всего - ввод системного ПО, ввод УП или обучение УЧПУ, а также - подготовка УП в режиме “меню”. Системное ПО вводится проектировщиком УЧПУ в память типов РПЗУ или РПЗУ УФ. В этом случае от потребителя не требуется каких-либо усилий по разработке и вводу системного ПО. Это происходит при поставках УЧПУ разработчиком по специальному заказу, когда ПО УЧПУ разрабатывается проектировщиком УЧПУ или другой организацией по заказу потребителя с учетом особенностей объекта управления. В противном случае потребителю приходится или разрабатывать свое системное ПО УЧПУ (худший случай), или дорабатывать штатное (базовое) системное ПО УЧПУ с учетом особенностей объекта управления и нужд пользователя, если разработчиком системного ПО предусмотрена его адаптация (лучший случай). При этом потребителю так или иначе приходится работать или непосредственно с вычислительной системой УЧПУ, и инструментальными программами для разработки, доработки и отладки системного ПО, или с операционной системой УЧПУ, предусматривающей генерацию необходимой версии системного ПО, а также выполнить работы по изготовлению ПЗУ с подготовленным ПО. Подготовленное системное ПО можно хранить на внешнем носителе, например перфоленте, и вводить его в память типа ОЗУ всякий раз в начале работы с УЧПУ. Это менее удобно по сравнению с хранением системного ПО в ПЗУ, так как неавтоматизированный ввод требует некоторого времени, а также может быть подвержен ошибкам и сбоям, которые нужно выявлять с помощью вычислительной системы, не имея в памяти УЧПУ разработанных специальных средств диагностики.
Управляющая технологическая программа, которая собственно и определяет задачи для системы ЧПУ на стадии исполнения и выполняется во взаимодействии с системными ПО УЧПУ, может быть либо разработана заранее с помощью специальных систем подготовки УП и храниться на программоносителе или во внешней памяти, либо разрабатываться оператором непосредственно на рабочем месте у оборудования в виде текста и заносится в память УП с пульта оператора, либо разрабатывается автоматически в режиме обучения или диалоговом режиме. Очевидно, объем вводимой информации и трудоемкость ввода зависит от принятого в УЧПУ способа программирования. Почти во всех микропроцессорных УЧПУ возможен ручной ввод текстовой части УП, однако применять этот способ для целой УП целесообразно только при небольшом ее объеме. Станочные УП большого объема разрабатываются с помощью АСТПП и вводятся по каналу сопряжения или с перфоленты. В УЧПУ роботов трудоемкость ввода УП снижается в результате автоматизации ввода величин перемещений в режиме непосредственного обучения и последующего уплотнения информации при исключении промежуточных точек.
В начале 80-х годов появились микропроцессорные УЧПУ, обеспечивающие ввод УП в режиме диалога с оператором. Это наиболее высокий уровень подготовки УП. Характерными чертами диалогового ввода УП являются использование режима “Меню”, когда оператору предлагается на выбор несколько альтернативных решений, и использование графического дисплея, на котором индицируется выбранный контур, после чего возобновляется диалог, в ходе которого оператор отвечает на вопросы, относящиеся к величине перемещения или последовательности действий при воспроизведении УП станков и роботов используется сочетание языковых средств и средств машинной графики. При этом широко используется дисплей УЧПУ как инструмент, предлагающий графико-текстовое “Меню” на этапе компоновки содержательной части, и как инструмент для графического представления действия системы УЧПУ на стадии воспроизведения УП. Для реализации машинной графики широко применяются графические черно-белые и цветные дисплеи с соответствующим прикладным ПО, что позволяет наглядно представить разработчику УП действия системы, оперативно исключить ошибки или уменьшить их число в разрабатываемой УП и сократить цикл подготовки производства. Следует отметить, что УЧПУ, имеющие широкие возможности по разработке УП могут использоваться как инструментальные системы подготовки УП для систем, не имеющих этих возможностей.
При разработке УП и даже при использовании УП из архива часто требуется их редактирование , связанное с исправлением ошибок или с изменением параметров технологического процесса и размеров изделия, применяемого инструмента, или с использованием только отдельных фрагментов отлаженных рабочих УП. Редактирование требует просмотра УП и поиска ее фрагментов с использованием дисплея УЧПУ, удаления, вставки или изменения символов текста, слов, кадров или больших участков текста УП, компоновки отдельных фрагментов текста в новую УП. Такой род работы УЧПУ и оператора может быть также квалифицирован как выполнение задания.
Предварительно разработанные и помещенные в архив программы могут быть введены в память УЧПУ по различным каналам, наиболее типичными из которых являются каналы ввода от фотосчитывающего устройства (ФСУ), от накопителя на ленте или дисках, от ЭВМ верхнего уровня управления ПС и от телетайпа.
Разработанные и отлаженные непосредственно на УЧПУ совместно с объектом управления УП могут быть выведены из памяти УЧПУ по каналам связи и помещены в архив с помощью записи на соответствующий программоноситель.
Правильно разработанная и хранящаяся в памяти УЧПУ УП, как правило, не может быть исполнена системой без выполнения работы, связанной с наладкой. Наладка предполагает, например, ввод рабочих органов (РО) исполнительных устройств в некоторое положение, ввод в память УЧПУ информации, связанной с ограничением исполняемого технологического процесса или состояния среды на данный момент. После выполнения задания “наладка“ УЧПУ может автоматически исполнить действия, определенные в УП.