1.3.1 计算机控制系统的硬件
计算机控制系统的硬件主要包括微处理器或微控制器、存储器（ROM/RAM）、数字I/O接口、A/D与D/A转换器接口、人机接口（如显示器、键盘、鼠标等）、网络通信接口、实时时钟和电源等。它们通过微处理器或微控制器的地址总线、数据总线和控制总线（亦称系统总线）构成一个系统，其硬件框图如图1-4所示。
图1-4 计算机控制系统硬件框图
1.主机（计算机）
主机由CPU和存储器构成。它通过过程输入通道发送来的工业生产对象的生产工况参数，按照人们预先安排的程序，自动地进行信息处理、分析和计算，并做出相应的控制决策或调节，再以信息的形式通过输出通道及时发出控制命令。主机中的程序和控制数据是人们预先根据被控对象的特征编制的控制算法。计算机控制系统执行控制程序和系统程序，完成事先确定的控制任务。
2.常规外部设备
常规外部设备可分为输入设备、输出设备和存储设备，并根据控制系统的规模和要求来配置。
1）常用的输入设备有键盘、鼠标等，主要用来输入程序和数据等。
2）常用的输出设备有显示器、打印机等。输出设备将各种数据和信息提供给操作人员，使其能够了解过程控制的情况。
3）存储设备用来存储数据库和备份重要的数据，主要有磁盘等。
3.过程控制通道
过程控制通道是被控对象与主机进行信息交换的通道。根据信号的方向和形式，过程控制通道可分为以下四种。
（1）模拟量输入通道
被控对象送往主机的模拟信号通过模拟量输入通道转换为计算机能够接收的标准数字信号。模拟信号转换为数字信号的准确性和速度反映为A/D转换的精度、位数和采样时间。
（2）模拟量输出通道
目前，大多数执行机构仍只能接收模拟信号，而计算机运算决策的最终结果是数字信号，因此需要通过模拟量输出通道将数字量转换为模拟量。
（3）数字量输入通道
数字量输入通道的主要作用是把过程和被控对象的开关量或通过传感器已转换的数字量以并行或串行的方式传给计算机。
（4）数字量输出通道
数字量输出通道的主要作用是将计算机运算、决策之后的数字信号以串行或并行的方式输出给被控对象或外部设备。应该强调的是，数字量输出通道输出的信号有时直接驱动外部设备，其功率和阻抗的匹配问题需要特别注意。
过程控制通道应该说是计算机与被控对象及外部设备连接的桥梁。为了提高计算机的可靠性和安全性，在许多场合应该充分考虑过程控制通道的信号隔离问题。
4.外部设备
过程控制通道是不能直接由主机控制的，必须由接口来传送相应的信息和命令。计算机控制系统的接口根据不同应用有各种不同的接口电路。从广义上讲，过程通道属于过程参数和主机之间的作用接口。这里所讲的接口是指通用接口电路，一般有并行接口、串行接口和管理接口（包括中断管理、直接存取DMA管理、计数/定时等）。
5.操作控制台
每个计算机的标准人机接口是用来直接与CPU对话的。程序员使用该人机接口设备（运行操作台）来检查程序。当主机硬件发生故障时，维修人员可以利用此设备判断故障。生产过程的操作人员必须了解控制台的使用细节，否则会引起严重后果。当然该控制台的软保护也是很重要的。
生产过程的操作人员与计算机控制系统进行“对话”以了解生产过程状态，有时还要进行参数修改和系统维护，在发生事故时还要进行人工干预等。
操作控制台是计算机控制系统人机交互的关键设备。通过操作控制台，操作人员可以及时了解被控过程的运行状态、运行参数，对控制系统发出各种操作命令；也可以通过操作控制台修改控制方案和程序。操作控制台一般应完成以下功能。
（1）信息的显示
一般采用CRT显示屏或一些状态指示灯、声光报警器对被控量、生产过程状态和计算机的运行情况进行显示或报警。
（2）信息的记录
一般采用打印机、记录仪等设备对显示或输出的信息进行记录。
（3）工作方式的选择
采用多种人机交互方式，如电源开关、数据段地址、选择开关、操作方式等，可以实现对工作方式的选择，并且可以完成手动/自动转换、参数的修改与设置。
（4）信息的输入
利用键盘或其他输入设备可以完成人对机的控制功能。操作控制站的各组成部分都通过对应的接口电路与主机相连，由主机实现对各个部分的管理。
6.网络通信接口
当多个计算机控制系统之间需要相互传递信息或与更高层的计算机通信时，每一个计算机控制系统就必须设置网络通信接口。如一般的RS-232C、RS-485通信接口；TCP/IP以太网接口；现场总线接口等。计算机控制系统的网络结构可以分为两大类：一类为对等式网络结构（Peer-to-Peer，点对点，简称P2P）；另一类为客户/服务器结构（Client/Server）。具体类型主要按照各网络节点之间的关系确定。
7.实时时钟
计算机控制系统的运行需要一个时钟，用于确定采样周期、控制周期及事件发生时间等。常用的实时时钟电路有美国Dallas公司的DS12C887等。
8.工业自动化仪表
它是被控对象与过程通道发生联系的设备，有测量仪表（包括传感器和变送器）、显示仪表（包括模拟和数字显示仪表）、调节设备、执行机构和手动/自动转换装置等。手动/自动转换装置在主机发生故障或调试程序时，可由操作人员从自动切换到手动，实现无扰动切换，确保生产安全。