Нужно оцифровывать напряжение и передавать значения с метками времени в ПЛК (предпочтение Codesys) или ПК.
Количество каналов >=4, период опроса каждого канала не более 1 мс, разрешение от 10 bit. Известный мне 8-канальный ПЛК160 по времени опроса 15 мс не проходит, да и по последующей обработке возможны ошграничения - финсированный цикл 1 мс при отсутствии сетевого обмена и ограниченном количестве операций (предполагается вычисление корреляционных функций).
Если все вычислительные задачи решит ПЛК (есть сомнение в производительности), то сколь-нибудь значимого сетевого обмена не требуется.

Какие могут быть другие способы построения системы?

Пока приходит в голову:
1) ПЛК + многоканальный АЦП по сетевому протоколу Modbus, транспортный уровень 100BaseT
2) ПК + многоканальный АЦП по USB или др.