在使用基于PC的控制器时，控制系统设计师有必要特别关注信号调理方面的问题。
西门子负责输入/输出控制器以及软件产品的商业主管Bob Nelson说：“如果你采用的是一套标准的控制解决方案，例如一个可编程自动控制器（PAC），那么你就不必关心控制器的内部操作了，因为控制器生产商会为你解决这些问题。如果你采用的是一套基于PC的开放式控制环境——毫无疑问，这种开放性会为你带来巨大的灵活性——但是，这也同时意味着用户需要担负起更大的责任，以保证整套系统能够满足性能方面的要求，同时避免落入无法彻底整合系统各个部分的怪圈之中。”
那么，是什么原因使得控制工程师对此感到困惑而迷茫呢？
国家仪器主管信号调理产品的市场工程师Swapnil Padhye说：“当机器变得越发复杂时，控制信号就不仅仅局限于传统的数字“开关”信号，或者低速的模拟信号了。现代控制器要能够从复杂的传感器（诸如加速度传感器）上获取数据，并很快做出判断。基于PC的系统能够依靠自身强劲的处理器以及先进的软件反馈算法获得诸多优势。”
DIN金属框简化了将信号调理器模块整合到包括PC和PLC/PAC控制混合系统的过程。
来源：西门子和Control Engineering
所有的控制系统都拥有相同的结构
从一台干衣机到一台位于日内瓦Fermi实验室、直径为2公里（1.25英里）的一万亿伏加速器Tevatron，几乎所有的自动化系统都拥有相同的基本结构。这是一种经典的控制回路。当传感器接收到与设备有关的信息时，回路就被激活了。然后，这些信息会进入可编程控制器进行分析，控制器会向受控设备发出控制信号。控制器只能通过数据总线进行通讯，因此输入信号必须由原始形式转换为数字形式，才能通过总线传送。数据采集（DAQ）电路会完成这项工作。
但是，一种DAQ电路是不可能对所有的传感器发出的信号作处理的。不同类型的传感器会发出截然不同的信号。例如，热电偶传感器会产生毫伏量级的信号。这样微小的信号需要被小心地接收，而且它与被测温度之间会有一点非线性关系。电阻式温度传感器测量的物理量也是温度，但它需要一个精确控制的激励电流。相同温度下，它输出的电压信号幅值可能比热电偶的输出大两个数量级。热敏电阻也是一种电阻设备，但它有负温度特性。因此，如果让恒定的电流流过热敏电阻从而产生电压信号，那么，这一电压信号将会随温度的升高而降低，而不是随之一起升高。
信号调理模块的作用就是把传感器产生的各种信号与DAQ电路输入端进行匹配。由于每种类型的传感器都有不同的信号调理要求，而许多种模块都可以满足某一个要求，因此用户需要先选择满足测量要求的传感器，然后再选择满足传感器要求的信号调理模块。
最后，系统通过驱动电路将输出总线信号转换为合适的电信号（交流、直流、TTL逻辑信号等等），并提供充足的电能保证操作完成。
基于PC的控制技术与那些基于可编程逻辑控制器以及可编程自动控制器的传统控制技术相比，主要的不同之处在于封装方面。正如William Bolton在他所写的《可编程自动控制器》一书的第3页上所指出的：可编程逻辑控制器（PLC）是一种特殊的、基于微处理器的控制器。它通过可编程存储器存储指令，并执行诸如逻辑（操作）、排序、定时、计数、计算之类的功能，从而达到控制机器以及整个流程的目的。与之相对，个人电脑（PCs）是一种通用型数字计算机，适用范围相当广泛。
PLC或PAC生产商已经承担了挑选硬件及软件的任务，保证每一部分软硬件都适用于整个控制系统。正如Nelson所指出的，如果某位控制工程师选择了基于PC的控制器，他就是把选择软硬件的担子背在了自己身上。
这其中有有利的一面也有不利的一面，需要具体情况具体分析。但是，这样做确实给予了控制工程师很大的自由度来适应并调整控制系统，使之具备特殊的应用。
基本的信号调理
Padhye说：“信号调理的作用包括放大微弱信号，缩小过大的或不安全的信号，过滤噪声信号，隔离高压信号，为被动转换器提供激励信号以及把基于桥路的传感器电路补充完整。”
信号调理模块通常，但并不一定，包含用于处理模拟信号的模拟电路。一组模拟信号总是通过3个参数来表征的：幅值、频率和相位。信号调理电路正是针对这三个参数进行调节的。数据采集电路的入口端有一个模数转换器（ADC）。信号调理电路要把传感器的输出信号调制为满足这个ADC输入的信号。
幅值代表了信号的强弱。对电压信号而已，幅值就是它的峰值电压；对电流信号而已，幅值就是峰值电流；普通直流信号的幅值就是直流电压或直流电流本身的大小。信号调理电路通过增大增益倍数以及限制动态范围的方式调整幅值。
从信号调理的角度看，频率等价于带宽。大多数控制信号都不是单一频率的。即使是靠频率调制的信号（传感器的输出由信号频率变换化表示）
信号调理电路成为了各式传感器与数据采集电路之间的桥梁。信号通过数据采集电路实现数字化，
再通过计算机总线传送给控制器。
现在包含信号调理，数据获取和其他控制功能的紧凑型系统已经推出了，它可以在PC环境下进行实时控制。
来源：西门子和Control Engineering
在控制领域，相位往往代表了信号与对应操作之间的临时关系。信号调理电路引入的相位变化与控制回路其它部分引起的相位变化之间存在密切的关系，可能引起自激振荡以及其它的回路动态现象。
除此之外，信号调理电路还涉及到阻抗匹配、参考电位以及接地点电位方面的问题。
Dataforth 公司主管市场营销的副总裁Bob Smith说：“如果控制工程师把现场信号从传感器直接传送到PC机数据采集卡上，他就要承担很大的风险。这样的传送很可能引入危险电压。工厂使用的电压可能高达440V。因此，我们需要在信号调理模块中引入隔离器、传输保护器以及过压保护式滤波器。”
线性化也是我们需要考虑的一个问题。传感器利用某个物理量的变化产生电信号。例如，金属丝受到拉伸作用后，其电阻值会发生变化。我们可以利用这一现象来测量应力大小。一般来说，被测物理量的变化量与电信号的变化量之间基本呈线性关系。但是，单纯的线性传感器往往不能满足控制方面的实际要求。大多数情况下，测量环节需要作二阶甚至三阶的非线性误差修正。
Smith说：“在信号调理环节就进行线性化修正的优点在于：不必占用PC宝贵的时间进行数学计算（诸如泰勒级数展开之类）或查表修正。”
Keithley Instrument主管数据采集产品的市场总监Chuck Cimino说：“我一直很重视单位转换。当你实际使用一个控制时，你希望得到的可能是温度值、压力值和流量值，而不是电压值。难道你能够通过心算把多少毫伏相应转换为多少摄氏度吗？你会需要系统为你作这样的换算。”
他还说：“滤波器的地位十分重要。因为许多信号中包含了多余的频率成分。例如，接近度传感器会传送出轻微抖动引起的信号。”
因此，一个常规的信号调理子系统可能包括：
■ 电路隔离器——典型的就是光隔离器，通过把电信号转换为光信号，再转换回电信号，从而达到切断接地点回路以及限制跳变电压的目的；
■ 一个或多个放大器，用来调整传感器信号的幅值（包括线性化），同时满足阻抗、参考电位以及接地点电位方面的要求；
■ 一个或多个滤波器，用来限制电磁波的频率；
■ 最后还需要一个激励源。
信号调理模块包括了针对特定传感器而设计的隔离器、放大器、滤波器以及激励源。
配置方案
Padhye说：“现在，虽然新推出的产品已经开始将信号调理模块和数据采集模块整合在一套设备中了，但是我们仍然可以采购到专用的信号调理模块。这两种配置方案分别针对不同的应用场合。两者各有优势，也都是很常用的。针对信号数目庞大的系统，可以让每一组信号先经过调理，然后接入多路复用器的一个信道，再传送入数据采集模块。采用这种方案虽然无法达到很快的信号处理速度，但是可以带来巨大的经济效益。”
Nelson说：“我们要做的事情就是借助于一张符合Profibus网络协议的PCI卡，把信号传送到标准的输入/输出（I/O）子系统。”
Dataforth的Smith说：“大多数系统都被安装在符合NEMA标准的机箱机柜内，从而得到有效的保护。信号调理模块一般会被安装在这些机箱机柜的输入端（DIN）的金属框上。”
在过去几年中，欧洲地区首先开始把信号调理模块安装在金属框上，随后，这种做法在美国也得到了推广。金属框可以放在贴近平板或墙面的位置。信号调理模块的外壳一般是用耐高温塑料制成的，还有一个特殊的底边，可以粘在金属框架上。每一个这样的模块都会有一组导线与现场设备相连，还有另一组导线与DAQ的输入端相连。据Smith 介绍：“在把模块安装到金属框上的整个过程中，理清这些导线可以说是最令人头痛的工作了。”
另一种流行的信号调理电路配置方案是Smith所说的“插座式”模块。信号调理电路被封装在一个长度和宽度各为1英寸，厚度为1/2英寸的塑料壳体内。壳体的底部有连接电路板（背板）的插孔。一块背板一般包括了2组、4组、8组或16组信道。与计算机连接的导线通过后面板上的印刷电路连接到接口。如果要把信号调理模块连到DAQ的输入端，只要把连接导线的一端插入这个接口，另一端插入DAQ卡的输入接口就可以了。
第三种强大的配置方案是所谓的主机箱模式。机箱上提供了信号线、冷却装
Smith说：“信号调理模块可以形成一组阵列。如果他们没有被封装在一个模块里，我很乐意把它们称为‘面包片’。它们是一种前面板很空的电路模块，前面板上可能只有一个电源指示灯或一些为工程师提供的测试点。”
信号调理模块一般都会为与现场设备的连接提供接口，从而为连接现场设备提供极大的便利。如果要断开与现场设备的连接，你就不必把整个模块从机箱上拆下来了。
Keithley的Cimino指出：“现在的PXI分为USB与FireWire两种形式，而LXI同时是设备和数据的以太网标准。LXI其实就是在标准的以太网协议上增加了定时处理以及另一些测量程序。”
据Cimono说，基于旧版的通用设备总线（GPIB）的设备仍然占据了网络设备9
Cimono说：“GPIB可以在设备领域成为主流，但是在控制领域，我不得不说，它可能只占据5%到10%的市场份额。”
作出选择
为PC控制系统选择信号调理器首先要考虑它是否与传感器配套。
国家仪器的Padhey说：“在提出方案之前，控制系统设计者必须了解系统所要处理的信号类型。只有当设计者初步了解了模拟、数字信号的数量和类型之后，信号调理模块才有用武之地：把信号转换到安全的、可测的水平。”
现在的半导体集成方法包括可以直接插入后面板、带有现场信号终端的高度压
缩信号调理模块，以及输入的线缆DAG。
信号调理模块的性能由传感器的性能所决定，每一种传感器都有对应的信号调理电路。针对J型热电偶传感器、应力测量仪以及各种不同配置方案下的传感器都有对应的信号调理模块。
为一套系统选择配置方案带有强烈的主观性，虽说在某些情况下应该选择何种方案是显而易见的。如果你把基于PC的控制电路与其它硬件设备一起安装在输入端的金属框上，那么你就应该把信号调理电路也安装在金属框上。如果你面对的恰好是一个基于Profibus协议的网络，那么你显然应该使用基于Profibus的方案。选择何种配置方案主要取决于你把信号输入DAQ卡和计算机中的方式。
位于法国和瑞士边界的欧洲核子研究中心（又名CERN）有一台大型粒子对撞机。在那里，如果某块电路安装在射线附近，强大的辐射场就会把它彻底摧毁。这种环境下，自控系统配置方案的选择余地就十分有限了。CERN的控制系统工程师Alessandro Masi选择了这样的方案：通过长达800米的电缆把信号接入位于远端PXI机箱内的信号调理模块。
