1.2 计算机控制系统的组成
计算机控制系统是由硬件和软件两部分组成的。硬件包括计算机主机硬件和各种控制设备；软件包括系统软件（操作系统、开发软件）和应用软件。计算机控制系统组成如图1-4所示。
图1-4 计算机控制系统组成框图
1.2.1 计算机控制系统的硬件组成
硬件是计算机控制系统的躯体，是完成控制任务的物质基础，硬件质量的好坏直接决定了控制系统的工作性能。
计算机控制系统的硬件部分主要由计算机主机、传感器、信号调理器、输入/输出装置、驱动电路、执行机构、人机设备和通信接口等部分组成，如图1-5所示。
图1-5 计算机控制系统硬件组成框图
1.计算机主机
计算机主机是整个计算机控制系统的核心，它的性能直接影响到系统的优劣。主机由中央处理器（CPU）、内存储器及系统总线等构成。它通过输入装置发送来的工业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，以信息的形式通过输出装置及时发出控制命令，以实现对被控对象的自动控制，实现良好的人机联系。目前采用的主机有微型计算机（PC）（或工业控制计算机即IPC）、可编程序逻辑控制器（PLC）和单片机等。
2.传感器
计算机控制系统借助传感器从生产过程中信息的收集，对被控对象进行监视并提供控制信号。
生产过程的参数大小是由传感器进行检测的。传感器输出与被测物理量（如温度、压力、流量或液位等）成一定比例（一般为正比）的电信号，一般为模拟电压或电流。
还有一类测量值是关于被控过程的状态信息。例如，阀门是否关闭，容器是否注满，泵是否打开等。这些信息是以开关量的形式提供给计算机的，通过继电器触点的开闭或TTL（晶体管-晶体管逻辑）电平的变化来表示。
3.信号调理器
信号调理器（电路）的作用是对传感器输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输送、显示和记录的电信号（电压或电流）。例如，传感器输出信号是微弱的，就需要放大电路将微弱信号加以放大，以满足过程通道的要求；为了与计算机接口方便，需要A—D转换电路将模拟信号变换成数字信号等。常见的信号调理电路包括：电桥电路、调制解调电路、滤波电路、放大电路、线性化电路、A—D转换电路和隔离电路等。
在工业控制领域，传感器信号在进入计算机系统的接口之前，首先要转换成一种标准形式，通常是把传感器的输出信号转换成420mA标准电流或15V标准电压，实现这个转换的是各种变送器，如温度变送器和压力变送器。
4.输入/输出装置
反映被测量的电信号在进入计算机之前需要进行一系列转换处理，变成计算机能识别和接受的数字量；要驱动执行装置（如调节阀、电动机）动作，计算机输出的数字量还必须转换成可对执行装置进行控制的电信号。因此，构成一个工业控制系统，除了计算机主机外，还需要配备各种用途的I/O接口产品，即输入/输出装置。
5.驱动电路
要想驱动执行机构，一方面必须具有较大的输出功率，即向执行机构提供大电流、高电压驱动信号，以带动其动作；另一方面，由于各种执行机构的动作原理不尽相同，有的用电动，有的用气动或液动，如何使计算机输出的信号与之匹配，也是执行机构必须解决的重要问题。因此为了实现与执行机构的功率配合，一般都要在计算机输出板卡与执行机构之间配置驱动电路。
6.执行机构
对生产装置的控制通常是通过对阀门或伺服机构等执行机构来实现，通过对泵和电动机的控制来达到目的的。执行机构的作用是接受计算机发出的控制信号，并把它转换成相应的动作，使被控对象按预先规定的要求进行调整，保证其正常运行。
常用的执行机构有各种电动、液动、气动开关，电液伺服阀，交/直流电动机，步进电动机，各种有触点和无触点开关，电磁阀等。在系统设计中需根据系统的要求来选择。
7.人机设备
人机设备包括操作台和各种外围设备。生产过程的操作人员通过操作台向计算机输入和修改控制参数，发出各种操作命令；程序员使用操作台检查程序；维修人员利用操作台判断故障等。
外围设备主要是为了扩大计算机主机的功能而配置的。它用来显示、存储、打印和记录各种数据，如显示系统运行状态、运行参数，发出报警信号等。常用的外围设备包括打印机、图形显示器、外部存储器（硬盘、光盘等）、记录仪和声光报警器等。
此外，计算机控制系统还必须为管理人员和工程师提供各种信息。例如，对生产装置进行的工作记录以及历史情况的记录、各种分析报表等，以便掌握生产过程的状况和做出改进生产状况的各种决策。
8.通信接口
外部设备和被控对象不能直接由计算机主机控制，必须由“接口”来传送相应的信息和命令。I/O接口是主机与通道以及外部设备进行信息交换的纽带。接口电路有并行接口、串行接口、脉冲接口和直接数据传送接口等。
现今的工业过程控制系统一般都采用分级分散式结构，即由多台计算机组成计算机网络，共同完成上述的各种任务。因此，各级计算机之间必须通过网络通信接口及时交换信息。
1.2.2 计算机控制系统的软件组成
计算机控制系统的硬件是完成控制任务的设备基础，而计算机的操作系统和各种应用程序是执行控制任务的关键，统称为软件。计算机控制系统的软件程序不仅决定其硬件功能的发挥，而且也决定了控制系统的控制品质和操作管理水平。
计算机只有在配备了所需的各种软件后，才能构成完整的控制系统。在计算机控制系统中，许多功能都是通过软件来实现的，即在基本不改变系统硬件的情况下，只需修改计算机中的应用程序便可实现不同的控制功能。
软件通常由系统软件和应用软件组成。
1.系统软件
系统软件是计算机运行操作的基础，用于管理、调度和操作计算机的各种资源，实现对系统的监控和诊断，提供各种开发支持的程序。
系统软件包括操作系统和开发软件等。
操作系统提供了程序运行的环境，是计算机控制系统信息的指挥者和协调者，并具有数据处理和硬件管理等功能，如各种版本的Windows操作系统和UNIX操作系统等。
开发软件是用于开发控制系统的应用软件，它是各种语言的汇编、解释和编译程序，包括面向机器的汇编语言（如Masm），面向过程语言（如C），面向对象语言（如Visual C++、Visual Basic等），监控组态软件（如KingView、MCGS、FIX等），虚拟仪器软件（如LabVIEW、LabWindows/CVI等），数字信号处理软件（如MATLAB等）和各种数据库软件等。
考虑到目前工业自动化企业工控机上普遍使用Windows操作系统，对工控软件的要求是具有良好的人机界面和丰富的监视界面，在使用操作上需要简捷，便于在较短的时间内开发出功能完善的控制软件，因此当前控制软件的开发普遍采用面向对象语言、监控组态软件及虚拟仪器软件等。
系统软件通常由计算机厂商和专门软件公司研制，可以从市场上购置。计算机控制系统的设计人员一般没有必要自行研制系统软件，它们只是作为开发应用软件的工具。但是需要了解和学会使用系统软件，才能更好地开发应用软件。
2.应用软件
应用软件是计算机在系统软件支持下实现各种应用功能的专用程序。应用软件是软件公司或用户为解决某类应用问题而专门研制的软件，主要包括科学和工程计算软件、文字处理软件、数据处理软件、图形软件、图像处理软件、数据库软件、事务管理软件、辅助类软件和控制类软件等。计算机控制系统的应用软件，主要用以实现企业对生产过程的实时控制和管理以及企业整体生产的管理控制。
计算机控制类应用软件是设计人员根据某一具体生产过程的控制对象、控制要求和控制任务，为实现高效、可靠、灵活的控制而自行编制的各种控制和管理程序。其性能优劣直接影响控制系统的控制性能和管理水平。
控制对象的差异性使其对应用软件的要求也有很大的差别。一般在工业控制系统中，针对每个控制对象，为完成相应的控制任务，都要求配置相应的专门的控制软件才能使整个系统实现预定的功能。
计算机控制系统的应用软件一般包括过程输入和输出接口程序、控制程序、人机接口程序、显示程序、打印程序、报警和故障诊断程序、通信和网络程序等。
计算机控制类应用软件的编写涉及生产工艺、控制理论和控制设备等相关领域的知识，一般由控制系统设计人员根据不同的控制对象和不同的控制任务自行编制或根据具体情况在商品化软件的基础上自行组态。
软件技术对于计算机控制系统的重要性，表明了计算机技术在现代控制系统中的重要地位，但不能认为，掌握了计算机技术就等于掌握了控制技术。这是因为，其一，计算机软件永远不可能全部取代控制系统的硬件；其二，不懂得控制系统的基本原理就不可能正确地组建控制系统。一个专业程序设计者，可以熟练而又巧妙地编制算法复杂的运算程序，但若不懂控制技术则根本无法编制控制程序。