可编程控制器主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入/输出单元（I/O）接口电路及外围编程设备等几大部分构成，如图6-1所示。

图6-1　可编程控制器的基本结构

1.中央处理器（CPU）

CPU是可编程序控制器的核心部件，CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在1块芯片上，由图6-1可知，它控制其他部件的操作。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、输入/输出单元（I/O）接口电路连接。

不同型号的可编程控制器可能使用不同的CPU部件，根据规模的大小，可采用8位、16位或32位微处理芯片；也有的可编程控制器采用单片机作为CPU。制造厂家使用各自CPU部件的指令系统编写系统程序，并固化到只读存储器（ROM）中（用户不能修改）；CPU按系统程序所赋予的功能接收编程器输入的用户程序，存入随机存储器（RAM）中；CPU按周期扫描的方式工作，从0000首地址存放的第一条用户程序开始，到用户程序的最后一条地址，不停地循环扫描，每扫描1次，用户程序就执行1次。

CPU的主要功能有：

（1）从存储器中读取指令。CPU从地址总线上给出存储地址，从控制总线上给出读命令，从数据总线上得到读出的指令并存放到CPU内部的指令存储器中。

（2）执行指令。CPU对存放在指令存储器中的指令操作码进行译码，执行指令规定的操作，如读取输入信号、取操作数、进行逻辑运算或算术运算、将结果输出或存储等。

（3）准备取下一条指令。CPU执行完一条指令后，能根据条件产生下一条指令的地址，以便取出下一条指令并执行。在CPU的控制下，用户程序的指令既可以顺序执行，也可以分支或跳转执行。

（4）处理中断。CPU除按顺序执行用户程序外，还能接收输入/输出接口发来的中断请求，并进行中断处理。中断处理完毕后，再返回原地址，继续顺序执行用户程序。

2.存储器

存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量、数据和其他信息。可编程控制器中使用的存储器主要有ROM和RAM两种。

1）ROM

ROM中的内容是由生产厂家写入的系统程序，用户不能修改，并且永远驻留（可编程控制器失电后，内容不丢失）。系统程序一般包括以下几部分：

（1）检查程序。可编程控制器通电后，首先由检查程序检查可编程控制器各部件操作是否正常，并将检查的结果显示出来。

（2）翻译程序。将用户输入的控制程序翻译成由CPU指令组成的程序，然后再执行。翻译程序还可以对用户程序进行语法检查。

（3）监控程序。它相当于总控程序。监控程序根据用户的需要调用相应的内部程序，例如，用编程器选择PROGRAM程序工作方式，则监控程序就调用“键盘输入处理程序”，将用户的程序送到RAM中；若用编程器选择RUN运行方式，则监控程序将启动用户程序。

2）RAM

RAM是可读可写存储器，读出时，RAM中的内容不会被破坏；写入时，原来存放的信息就会被刚写入的信息替代。RAM中一般存储以下内容：

（1）用户程序。选择PROGRAM程序工作方式时，用编程器或计算机键盘输入的程序经过预处理后，存放在RAM的低地址区。

（2）逻辑变量。在RAM中有若干个存储单元用来存储逻辑变量。这些逻辑变量用可编程序控制器的术语来说就是输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器、保持继电器、定时器、计数器、移位寄存器。

（3）供内部程序使用的工作单元。不同型号的可编程序控制器，其存储器的存储容量是不相同的。在技术使用说明书中，一般都给出了与用户编程和使用有关的指标，如输入、输出继电器的数量，保持继电器的数量，内部辅助继电器的数量，定时器和计数器的数量，允许用户程序的最大长度（一般给出允许用户使用的地址范围）等。这些指标都间接地反映了RAM的容量。至于ROM的容量，它与可编程序控制器的复杂程序有关。

3.现场输入接口电路

现场输入接口电路是可编程控制器与控制现场的接口界面的输入通道。现场输入信号可以是按钮开关、选择开关、行程开关、限位开关以及其他传感器输出的开关量或模拟量（需通过A/D转换送入可编程控制器内部）。这些信号通过现场接口电路送到可编程序控制器内，现场接口电路一般由光电耦合器电路和CPU的输入接口电路组成。

1）光电耦合电路

采用光电耦合电路与现场输入信号相连接的目的是防止现场的强电干扰进入可编程序控制器。光电耦合电路的核心是光电耦合器，应用最广的是由发光二极管和光电晶体管构成的光电耦合器，其工作原理示意如图6-2所示。当传感器接通时，电流流过发光二极管使其发光，光电晶体管在光信号的照射下导通，其信号便输入可编程控制器的内部电路。

图6-2　光电耦合器工作原理示意

2）CPU的输入接口电路

CPU的输入接口电路一般由数据输入寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成，这些电路做在1个集成电路的芯片上，现场的输入信号通过光电耦合送到数据寄存器，然后通过数据总线送至CPU。

4.现场输出接口电路(www.daowen.com)

可编程序控制器通过现场输出接口电路向工业现场的执行部件输出相应的控制信号，现场的执行部件包括电磁阀、继电器、接触器、指示灯、电热器、电气变换器、电动机等。现场输出接口电路一般由CPU输出接口电路和功率放大电路组成。

1）输出接口电路

输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路组成。CPU通过数据总线将要输出的信号送到输出寄存器中，由功率放大电路放大后输出到工业现场。

2）功率放大电路

为了适应工业控制的要求，要将CPU输出的CMOS电信号进行功率放大。可编程控制器所带负载的电源必须外接。

3）输出方式

（1）继电器输出。可编程序控制器一般采用继电器输出方式，其特点是负载电源可以是交流电源，也可以是直流电源，但响应速度慢，一般为毫秒级。图6-3所示为继电器输出方式示意。由图可见，可编程序控制器内部电路与负载电路之间采用了电磁隔离方式。

（2）双向晶闸管输出。当采用晶闸管输出时，所接负载的电源一般只能是交流电源，否则晶闸管无法关断，参见图6-4所示的双向晶闸管输出方式示意。晶闸管的耐压高，负载电流大，响应的时间为微妙级。采用双向晶闸管输出方式时，可编程序控制器内部电路与外接负载电路之间一般是由可编程控制器内部电路采用光电耦合的方式隔离的。

图6-3　继电器输出方式示意

图6-4 双向晶闸管输出方式示意

图6-5　晶体管输出方式示意

（3）晶体管输出。如图6-5所示，当采用晶体管输出时，所接负载的电源应是直流电源。晶体管输出的特点是响应速度快，可以达到纳秒级，由可编程控制器内部电路采用光电耦合的方式实现隔离。

在各类可编程序控制器的输入/输出电路中，如果采用直流输入方式，其电源一般可由可编程控制器本机提供；如果采用交流输入方式，则一般由用户提供交流电源。在输出电路中，负载的电源需用户外接。需要特别指出的是，同一个公共端要接同等级的电压；如果用不同电压的电源，各自的公共端必须分开使用。

5.外存储器接口电路

外存储器接口电路是计算机与EPROM、盒式录音机等外部存储设备的接口电路，主要用于以下两方面。

1）用户程序备份

将已调好的用户程序写到外存储器内，以便长期保存。一旦由于某种原因RAM中的用户程序遭到破坏，操作人员可以方便地将外存储器中保存的备份程序送入RAM，使可编程控制器继续运行。

2）同类产品的成批生产

在用户将某种可编程控制器控制样机的程序调试完毕并写到外存储器后，如果该产品需成批生产，就可以通过外存储器将调试好的程序输入同类产品的可编程控制器，完成用户程序的输入作业，大大提高了生产效率。

6.其他接口电路

有些可编程序控制器还配置了其他接口，如A/D转换接口，D/A转换接口，远程通信接口，与计算机相连的接口以及与CRT、打印机相连的接口等，这使可编程序控制器能够适应更复杂的控制要求。

7.键盘与显示器

1）键盘

键盘供操作人员进行各种操作。键盘上主要有各种命令键、数字键、指令键等，通过键盘，操作人员可以输入、编辑、调试用户程序。

2）显示器

显示器能将可编程序控制器的某些状态显示出来，通知操作人员，如程控故障、RAM后援电池失效、用户程序语法错误等；还能显示编程信息、操作执行结果以及输入信号和输出信号的状态等。

8.电源部件

电源部件将交流电转换成为供可编程控制器的CPU、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，使可编程控制器能正常工作。大部分可编程序控制器可以向输入电路提供24 V的直流电源，此电源的功率小，一般不能向其他设备提供，用户在使用时必须注意这一点。