Цифровая система управления, также известная как компьютерная система управления, возникла на фоне стремительного развития технологий автоматического управления и вычислительной техники. К середине 1950-х годов классическая теория управления уже достигла высокой степени зрелости и успешно применялась во многих областях инженерных технологий. [1] В частности, цифровая система управления — это автоматическая система управления, реализующая различные функции управления с помощью цифровых технологий. Основные типы таких систем включают системы управления, основанные на компьютерах, такие как системы мониторинга с использованием компьютеров, прямые цифровые системы управления, многоуровневые компьютерные системы управления и распределённые системы управления. [2]

Цифровые системы программного управления (numerical control systems) представляют собой цифровые системы управления, в которых для управления используются цифровые коды, отражающие последовательность операций, методы обработки и параметры обработки. Эти системы часто называют системами числового программного управления (NC). В таких системах обычно используется специализированный электронный компьютер, в котором информация о технологических процессах и этапах обработки заранее записывается в виде цифровых кодов на перфокарты, перфокарты, ленты или диски. Во время работы системы считыватель последовательно передает коды в компьютер и преобразует их в соответствующие электрические импульсы, которые управляют рабочими механизмами, выполняя все операции обработки в заданном порядке. Цифровые системы управления отличаются высокой точностью и эффективностью обработки, что особенно подходит для сложных технологий производства единичных или небольших партий изделий. Они широко применяются в производстве инструментов, механической обработке, автомобилестроении и судостроительной промышленности.
Вначале широко использовались жёсткие системы числового программного управления с фиксированными соединениями, в которых один специализированный компьютер управлял одним оборудованием. Позже стали применять мини-компьютеры вместо специализированных компьютеров, используя разработку различных программных модулей для реализации разных типов управления, что позволило повысить функциональность и гибкость системы. Такие системы получили название компьютерных систем ЧПУ (CNC) или программно-управляемых систем ЧПУ (СУЧ). Впоследствии они развивались до такой степени, когда один компьютер напрямую управлял и контролировал группу оборудования с ЧПУ, что привело к появлению систем группового управления компьютерами (DNC). Дальнейшим развитием стало создание сетей, состоящих из нескольких станков с ЧПУ, оборудования NC и компьютеров DNC, позволяющих осуществлять многоуровневое управление. К 1980-м годам система ЧПУ перешла на интеграцию проектирования и производства в машиностроении, объединив компьютерное проектирование (CAD) и компьютерное производство (CAM), что позволило создать полностью автоматизированную систему проектирования и производства продукции. На более высоком уровне развития системы ЧПУ — это интегрированная система машинного производства, объединяющая множество станков, заготовок, режущих инструментов, зажимных устройств и автоматизированных линий обработки, которые централизованно управляются компьютером, образуя так называемую гибкую производственную систему (FMS).
Система числового программного управления состоит из носителя информации, устройства ЧПУ, сервопривода и управляемого оборудования. Носителем информации служат ленты, магнитные полоски, магнитные карты или диски, которые используются для хранения данных об обработке, таких как параметры, последовательность действий, ход и скорость. Устройство ЧПУ, также называемое интерполятором, генерирует последовательность импульсов на основе вводимых данных об обработке. Каждый импульс представляет собой приращение перемещения. Интерполятор фактически является простым специализированным компьютером, который может быть использован напрямую в виде микрокомпьютера.

Интерполятор выводит импульсы с приращением, которые воздействуют на соответствующие приводные механизмы или системы, управляя движением стола или инструмента. Если приводным механизмом используется шаговый двигатель, система ЧПУ работает в открытом контуре управления. Для точных станков требуется замкнутый контур управления, где сервопривод выполняет роль привода.

Цифровая система управления состоит из компьютера, внешних устройств, пульта управления, входных и выходных каналов, датчиков измерений, исполнительных механизмов, объекта управления и соответствующего программного обеспечения. [1]

1. Компьютер
Компьютер является ядром цифровой системы управления. Через интерфейсы он может передавать различные команды управления различным частям системы, а также осуществлять операции по времени в режиме реального времени по отношению к параметрам объекта управления. Его функции включают хранение программ, численные вычисления, логическое сравнение и обработку данных. [1]

2. Входные и выходные каналы процесса
Входные и выходные каналы процесса являются связующими звеньями для передачи и преобразования информации между компьютером и объектом управления. Входной канал преобразует параметры объекта управления в цифровые коды, понятные компьютеру, что обычно включает три этапа: дискретизацию, квантование и кодирование. Выходной канал преобразует команды управления и данные, выдаваемые компьютером, в сигналы управления, позволяющие управлять объектом управления. Входные и выходные каналы обычно включают аналоговые входные и выходные каналы, цифровые входные и выходные каналы. [1]

3. Внешние устройства
Внешние устройства предназначены для обмена информацией между компьютером и внешним миром и называются периферийными устройствами. Они включают устройства взаимодействия с человеком (И/Г), устройства ввода-вывода и внешнюю память.

Входные устройства: клавиатура, сканер, фотоэлектрический вводный аппарат и т.д., используются для ввода программ и данных.
Выходные устройства: принтер, регистратор, дисплей и т.д., в основном предоставляют оператору информацию и данные, чтобы он мог своевременно отслеживать процесс управления.

Внешняя память: включает магнитные полоски, диски и т.д., используется для хранения системных программ и данных. [1]

4. Датчики измерений
Для управления объектом управления необходимо сначала собирать данные о его параметрах, таких как температура, давление, уровень жидкости, скорость и т.д. Это делается с помощью датчиков измерений, которые преобразуют нематериальные параметры в электрические и передают их в компьютер. [1]

5. Исполнительные механизмы
Исполнительные механизмы являются важной частью системы управления компьютером. Они выполняют задачи управления, например, электродвигатели и т.д. [1]

6. Пульт управления
Пульт управления — это устройство, позволяющее оператору взаимодействовать с системой управления компьютером. Он включает:

(1) Экран отображения: экран, люминесцентный цифровой дисплей, отображают информацию, требующую отображения, и сигналы тревоги.
(2) Функциональные клавиши: клавиша сброса, клавиша запуска, клавиша печати, клавиша отображения, клавиша прерывания.
(3) Цифровые клавиши: используются для ввода определённых данных или изменения параметров системы управления. [1]

7. Программное обеспечение
Программное обеспечение — это набор программ, выполняющих различные функции цифровой системы управления. Оно является центральной нервной системой системы управления компьютером. Под руководством программного обеспечения вся система координированно работает. Программное обеспечение включает системное программное обеспечение и прикладное программное обеспечение. [1]

1. Системное программное обеспечение. Это общее название программ, предназначенных для повышения эффективности использования компьютера, расширения функций, удобства пользовательского взаимодействия, использования, обслуживания и управления компьютером.1. Системное программное обеспечение включает операционную систему, систему обработки языков и диагностическую систему, обладает определенной универсальностью и обычно поставляется вместе с аппаратным обеспечением производителями компьютеров. [1]

2. Прикладное программное обеспечение. Различные программы, созданные пользователями для решения конкретных практических задач. В системах управления компьютерами это означает программы, выполняющие различные функции системы, например, управляющие программы, программы сбора и обработки данных, программы циклического контроля и сигнализации.