PLC是從繼電控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖十分相似，梯形圖中的某些編程元件也延續(xù)了繼電器中的叫法。這些用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功能上有相似之處。
    PLC的工作過程與計(jì)算機(jī)的工作原理基本一致，它通過執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。但在時(shí)間上，PLC執(zhí)行的任務(wù)是串行的，這與繼電器控制系統(tǒng)中控制任務(wù)的執(zhí)行有所不同。
    由PLC的定義可知，PLC也是一種計(jì)算機(jī)，它有著與計(jì)算機(jī)相類似的結(jié)構(gòu)，PLC的硬件主要由中央處理器( CPU)、存儲器(memory)、輸入／輸出(I/O)單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成。硬件組成結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。

    圖1-4    PLC的硬件組成結(jié)構(gòu)
    1．中央處理器(CPU)
    和計(jì)算機(jī)一樣，CPU整個(gè)是PLC的核心。PLC中所配置的CPU隨機(jī)型不同而不同，常用的CPU有三類：通用微處理器（如16位8086、80286等）、單片機(jī)（如8039、8031、M6801等）和位片式微處理器（如AMD2900、AMD2903等）。
    可編程控制器的檔次越高，CPU的位數(shù)也就越多，運(yùn)算速度也就越快，功能指令也越強(qiáng)。
    2．存儲器
    在PLC中，存儲器主要用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數(shù)據(jù)，可分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。
    常用的存儲器主要有兩種：一種是可讀／寫操作的隨機(jī)存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。
    3．輸入／輸出單元
    輸入／輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間連接的部件。PLC通過輸入接口把外部設(shè)備（如開關(guān)、按鈕、傳感器）的狀態(tài)或信息讀入CPU，通過用戶程序的運(yùn)算與操作，把結(jié)果通過輸出接口傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電磁閥、繼電器、接觸器等）。以實(shí)現(xiàn)控制的目的。
    小型特別是超小型的PLC的I/O是和CPU、電源等組裝在一個(gè)整體式結(jié)構(gòu)中，I/O的點(diǎn)數(shù)受到一定的限制，且以開關(guān)量為主；而中型以上的PLC都是采用I/O模塊的形式，且多數(shù)與CPU、電源等模塊分離，以便I/O容量的擴(kuò)展，模塊種類也多樣化，可以任意混裝（即無固定安裝位置），以便靈活地構(gòu)成用戶所需要的控制系統(tǒng)。但無論是哪一種形式，其功能和內(nèi)部電路原理都是相似的。
    I/O接口是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC通過輸入接口把外部設(shè)備（如開關(guān)、按鈕、傳感器）的狀態(tài)或信息讀入CPU，用戶程序運(yùn)算與操作后，把結(jié)果經(jīng)輸出接口傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電磁閥、繼電器、接觸器等）。輸入接口對輸入信號進(jìn)行濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等，把輸入信號安全可靠地輸入到PLC的內(nèi)部。輸出接口是把程序的結(jié)果輸出到PLC的外部，輸出接口具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。
    (1)輸入接口電路
    各種PLC的輸入接口電路大都相同，通常有3種類型：第一種是直流12～24V輸入；第二種是交流100～120V、200～240V輸入；第三種是交直流12～24V輸入。外部輸入器件可以是開關(guān)量( ON/OFF)信號；數(shù)字信號，如數(shù)字開關(guān)輸入；高速脈沖輸入，如旋轉(zhuǎn)編碼等。這些外部輸入器件是通過PLC的輸入端子和PLC相連的。
    PLC的輸入接口電路中有光耦合隔離，并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動和外部噪聲的干擾。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，一次電路中有電流流過，輸入指示燈亮，光耦合器被激勵，三極管由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通狀態(tài)，一個(gè)外部信號送到PLC的內(nèi)部電路中。圖1-5是一個(gè)直流輸入接口電路的原理圖。

    圖1-5    直流輸入端內(nèi)部接線圖
    (2)輸出接口電路
    PLC的輸出有3種形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。圖1-6給出了PLC的3種輸出接口電路。
    對于繼電器輸出，當(dāng)CPU輸出為“1”時(shí)，晶體管飽和導(dǎo)通，輸出指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)繼電器的線圈有電流通過，繼電器的觸點(diǎn)接通，負(fù)載回路接通，負(fù)載工作；當(dāng)CPU輸出為“0”時(shí)，負(fù)載回路斷開，負(fù)載不工作。負(fù)載回路的電源由負(fù)載特性決定，可以是交流也可以是直流，但一般不能超過AC 250V，電流不超過2A/點(diǎn)。

    圖1-6    PLC的輸出接口電路
    晶體管輸出和晶閘管輸出的工作原理和繼電器輸出是相似的。晶體管輸出還分為NPN型和PNP型，負(fù)載電源只能用直流，一般不超過DC 24V，電流不超過0.5A/點(diǎn)。在接線時(shí)要注意電源的極性，否則不能正常控制負(fù)載。晶閘管輸出的負(fù)載電源只能用交流電源。電源電壓和每點(diǎn)能通過的電流大小在PLC廠商所提供的硬件手冊中給出。
    4．?dāng)U展接口
    擴(kuò)展接口是用于擴(kuò)展I/O的，它使PLC的點(diǎn)數(shù)規(guī)模配置更為靈活，這種擴(kuò)展接口實(shí)際上為總線形式，可以配置開關(guān)量的I/O，也可以配置如A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，定位模塊等特殊功能模塊。現(xiàn)在PLC上都設(shè)有通信接口，連接通信適配器等。在大型機(jī)中，擴(kuò)展接口為插槽擴(kuò)展基板的形式。