PLC主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入/输出单元（I/O）、外围接口、电源单元和外部设备等几部分组成，如图3.2所示。

图3.2　PLC的基本结构

1.中央处理器（CPU）

中央处理器是具有运算和控制功能的大规模集成电路，又称CPU，是控制其他部件操作的PLC核心，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外，还有外围芯片、总线接口及有关电路。

CPU中的控制器控制PLC工作，由它读取指令，解释并执行命令；工作的时序由振荡信号控制；CPU中的运算器用于完成算术或逻辑运算，在控制器的指挥下工作；CPU中的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器的指挥下工作。

作为PLC的核心，CPU的功能主要包括以下几个方面。

（1）CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器中存储。

（2）监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。

（3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。

（4）在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。

（5）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。

（6）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。

（7）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。

（8）响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）的任务处理请求。

2.存储器

存储器是具有记忆功能的半导体集成电路，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他信息。系统程序是控制和完成PLC多种功能的程序，由厂家编写，用户程序是根据生产过程和工艺要求设计的控制程序，由用户编写。

PLC中常用的存储器有ROM、RAM和EPROM。

（1）只读存储器ROM。只读存储器中一般存放系统程序。系统程序具有开机自检、工作方式选择，键盘输入处理、信息传递和对用户程序的翻译解释等功能。系统程序关系到PLC的性能，由制造厂家用微机的机器语言编写并在出厂时已固化在ROM或EPROM（紫外线可擦除ROM）芯片中，用户不能直接存取。

（2）随机存储器RAM。随机存储器又称可读可写存储器。读出时RAM中的内容保持不变。写入时，新写入的信息会覆盖原来的内容。因此RAM用来存放既可读出又需经常修改的内容。PLC中的RAM一般存放用户程序、逻辑变量和一些其他信息。用户程序是在编程方式下，用户从键盘上输入并经过系统程序编译处理后放在RAM中的。RAM中的内容在掉电后要消失，所以PLC为RAM提供了备用锂电池，内容可维持3-5年不消失。

如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中。再把该芯片插在PLC上的EPROM专用插座。

3.输入/输出单元（I/O模块）

输入/输出单元（Input/Output Unit，I/O）由输入模块、输出模块和功能模块组成，输入输出模块是PLC与现场被控装置或其他外部设备之间的接口部件。实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是千差方别的，而PLC的CPU所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入、输出模块实现了这些信号电平的转换。通常I/O模块上具有状态显示和I/O接线端子排。I/O模块及其接口的类型有数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。

（1）输入模块。输入模块将现场的输入信号，经光电耦合器件和输入电路驱动内部电路接通或断开，其中光电耦合输入电路隔离输入信号，防止现场的强电干扰进入微机。(www.daowen.com)

常见的PLC的输入模块所用电源分为直流和交流两类。直流输入电路如图3.3所示，交流输入如图3.4所示。

图3.3　直流输入电路

图3.4　交流输入电路

（2）输出模块。输出模块将CPU输出的低电压信号变换、放大为能为控制器件接受的电压、电流信号，以驱动信号灯、电磁阀、开关等外部负载的通断。I/O电压一般为1.6～5V，低电压能解决耗电过大和发热过高的问题，是节能降耗的本质所在。PLC的输出接口单元有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和双向可控硅（晶闸管）输出，如图3.5所示。继电器输出型可带交、直流负载，但其响应时间长，动作频率低。晶体管输出型只能带直流负载，响应速度快，动作频率高。晶闸管输出型只能带交流负载，响应速度快，动作频率高。

图3.5　PLC的输出接口单元

（3）功能模块。即PLC的智能型I/O模块，如温度检测模块、位置检测/控制块、PID控制模块、高速计数模块、运动控制模块、中断控制模块等，它们有自己独立的CPU、系统程序、存储器，通过总线由PLC协调管理。CPU与I/O模块的连接是由输入接口和输出接口完成的。

4.外围接口

外围接口包括扩展接口、存储器接口、编程与通信接口。扩展接口用于扩展I/O模块，使PLC的控制规模配置得更加灵活，实际上为总线形式可配置开关量的I/O模块，也可配置模拟量、高速计数等特殊I/O模块及通信适配器等存储器接口用于扩展用户程序存储区和用户数据参数存储区，可以根据使用的需要扩存储器，内部接到总线上。编程接口用于连接编程器或PLC，由于PLC本身不带编程器或编程软件，为实现编程及通信、监控，在PLC上专门设有编程接口。通信接口使PLC与PLC、PLC与PC或其他智能设备之间可建立通信。

5.电源单元

电源单元是将输入的AC 220V电压或DC 24V电压转换成微处理器存储器及输入、输出部件正常工作所需要的稳定的直流5V或24V电压。由于PLC主要用于工业现场的自动控制、直接处于工业干扰的影响之中，所以为了保证PLC内主机可靠工作，电源单元对供电电源采用了较多的滤波环节，还用集成电压调整器进行调整以适应交流电网的电压波动，对过电压和欠电压都有一定的保护作用。另外采用了较多的屏蔽措施来防止工业环境中电磁干扰。

6.外部设备

外部设备已发展成为PLC系统的不可缺少的部分，主要有如下内容。

（1）编程设备。简易编程器多为助记符编程，个别的可图形编程（如东芝公司EX型），稍复杂一点的可梯形图编程。目前多采用编程软件，如S7-1200型的STEP7 Basic、FX型的GX Developer，在个人计算机上实现编程。编程器或PC除编程、调试外，还可对系统做一些设定，以确定PLC控制方式，或工作方式。编程器还可监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，以进行PLC用户程序的调试。

（2）监控设备。小的监控设备有数据监视器，可监视数据；大的监控设备有图形监视器，可通过画面监视数据。除了不能改变PLC的用户程序，编程器能做的它都能做。

（3）存储设备。它用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失。这些设备有存储卡、储磁带、软磁盘或只读存储器，为实现这些存储，相应有存卡器、磁带机、软驱或ROM写入器及其接口部件。

（4）输入/输出设备。输入设备有条码读入器、输入模拟量的电位器等；输出设备有打印机、文本显示器等。

7.PLC的软件系统

PLC除硬件系统外，还需软件系统的支持，它们相辅相成、缺一不可。PLC的软件系统包括系统程序和用户程序两类。

（1）系统程序。系统程序由PLC厂家编制，固化于EPROM或EEPROV中，安装在PLC上。系统程序包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、诊断子程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序等。

（2）用户程序。用户程序是根据生产过程控制的要求，由用户使用厂家提供的编程语言自行编制的应用程序，包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序等。