过程控制与人机接口的概述
要实现计算机对生产过程的控制，需要设法给计算机提供生产过程的各种物理参数，这就需要有信号的输入通道，另外还需将计算机的控制命令作用于生产过程，这就需要有信号的输出通道。
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输入通道、数字量（开关量）输出通道。生产过程的各种参数通过模拟量输入通道或数字量输入通道送到计算机，计算机经过计算和处理之后将所得的结果通过模拟输出通道或数字量输出通道送到生产过程，从而实现对生产过程的控制。
计算机和操作人员之间常常需要互通信息。比如，计算机实时地显示生产过程状况和控制信息，而操作人员为了配合计算机对生产过程的控制，往往根据生产状况及时地向计算机发出各种操作控制命令。为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是CRT显示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。其作用一是显示生产过程的状况，二是供操作人员操作，三是显示操作结果。
数字量的概述
在过程控制系统中，需要处理一类最基本的输入输出信号，即数字量（开关量）信号，这些信号包括：开关的闭合与断开，指示灯的亮与灭，继电器或接触器的吸合与释放，电机的启动与停止，设备的安全状况等。这些信号的共同特征是以二进制的逻辑“1”和逻辑“0”出现的。在过程控制系统中，对应的二进制数码的每一位都可以代表生产过程中一个状态，这些状态都被作为控制的依据。
数字量的种类
数字量的种类一般分为电平式和触点式，电平是高电平或低电平；触点式为触点闭合或触点断开。其中触点式一般又分为机械触点和电子触点，如按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点是机械触点，晶体管输出型的接近开关和光电开关等的输出触点是电子触点。
数字量输入通道的结构
数字量输入通道的任务是把外界生产过程的开关状态信号、或数字信号送至计算机或微处理器，简称DI(Digital Input)通道。
数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入口地址译码电路等组成。
输入调理电路的分析
数字量输入通道的基本功能是接收外部装置或生产过程的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的触点等，因此会引起瞬时的高压、过低压、接触抖动等现象。为了将外部开关量引入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理。下面针对不同的情况分别介绍相应的信号调理技术。
（1）小功率输入调理电路 如下图所示为从开关、继电器等触点输入信号的电路。它将触点的接通和断开动作转换成TTL电平与计算机相连。为了消除由于触点的机械抖动而产生的震荡信号，一般都加入有较长时间常数的积分电路来消除这种震荡。图左所示为一种简单的、采用积分电路消除开关抖动的方法。图右所示为R-S触发器消除开关抖动的方法。
（2）大功率输入调理电路 在大功率系统中，需要从电磁离合等大功率器件的接点输入信号。这种情况下，为了使接点工作可靠，接点两端至少要加12V或24V以上的直流电压，因为抗干扰能力强，相对于交流来讲，直流电平的响应快，电路简单，因而被广泛采用。但是这种电路由于可能存在着干扰或不安全的因素，因此可用光耦合器进行隔离，以克服干扰并达到安全的目的。如下图所示
数字量输入的接线方式
在工业现场中，经常用到的数字量输入有按钮、接近开关、光电开关、旋转编码器等。其中按钮是无源接点，晶体管输出型的接近开关个、光电开关和旋转编码器等的输出有NPN和PNP两种形式。下面以源极和漏极输入为例，介绍相关的接线方法。
1、漏极输入的数字量输入接线原理框图如下图所示，输入用光耦合器隔离，这是为防止混入接点的振动噪声和输入线的噪声引起误动作。
2、源极输入的数字量输入接线原理框图下图所示。输入用光耦合器隔离，以便提高系统的抗感扰能力。
数字量输出通道的结构
数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成，如下图
输出驱动电路
（1）晶体管输出驱动电路 晶体管输出驱动电路如下图所示，适合于小功率直流驱动。输出锁存器后加光电耦合器，光电耦合器之后加一个三极管，增大驱动能力。采用光电耦合器隔离，输出动作可以频繁通断，晶体管类型输出的响应时间在0.2ms以下。
（2）继电器输出驱动电路 继电器输出驱动电路如下图所示。输出锁存器后用光电耦合器隔离，之后加一级放大，然后驱动继电器线圈。隔离方式为机械隔离，由于机械触点的开关速度限制，所以输出变化速度慢，继电器类型输出的响应时间在10ms以上，同时继电器输出型是有寿命的，开关次数有限。
（3）固态继电器(SSR)驱动电路
固态继电器(SSR)是一种四端有源器件，下图为固态继电器的结构和使用方法。输入 输出之间采用光电耦合器进行隔离。零交叉电路可使交流电压变化到零伏附近时让电路接通，从而减少干扰。电路接通以后，由触发器电路给出晶闸管的触发信号。输出动作变化比晶体管输出的慢，没有开关次数的限制。
