作為一種工業控制的計算機，PLC和普通計算機有著相似的結構；但是由于使用場合、目的不同，在結構上又有一些差別。

PLC的硬件組成

PLC硬件系統的基本結構框圖如圖所示。

在圖中，PLC的主機由CPU、存儲器（EPROM、RAM）、輸入/輸出單元、外設I/O接口、通信接口及電源組成。對于整體式PLC，這些部件都在同一個機殼內。

而對于模塊式PLC，各部件獨立封裝，稱為模塊，各模塊通過機架和電纜連接在一起。

主機內的各個部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數據總線連接，根據實際控制對象的需要配備一定的外部設備，構成不同的PLC控制系統。

常用的外部設備有編程器、打印機、EPROM寫入器等。PLC可以配置通信模塊與上位機及其他的PLC進行通信，構成PLC的分布式控制系統。

下面分別介紹PLC的各組成部分及其作用，以便用戶進一步了解PLC的控制原理和工作過程。

（1）CPU

CPU是PLC的控制中樞，PLC在CPU的控制下有條不紊地協調工作，從而實現對現場的各個設備進行控制。CPU由微處理器和控制器組成，它可以實現邏輯運算和數學運算，協調控制系統內部各部分的工作。

控制器的作用是控制整個微處理器的各個部件有條不紊的進行工作，它的基本功能就是從內存中讀取指令和執行指令。

（2）存儲器

PLC配有兩種存儲器，即系統存儲器和用戶存儲器。系統存儲器用來存放系統管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內容。

用戶存儲器用來存放編制的應用程序和工作數據狀態。存放工作數據狀態的用戶存儲器部分也稱為數據存儲區，它包括輸入/輸出數據映像區、定時器/計數器預置數和當前值的數據區及存放中間結果的緩沖區。

PLC的存儲器主要包括以下幾種：

（1）只讀存儲器

（2）可編程只讀存儲器

（3）可擦除可編程只讀存儲器

（4）電可擦除可編程只讀存儲器

（5）隨機存取存儲器

（3）輸入/輸出（I/O）模塊

①開關量輸入模塊

開關量輸入設備是各種開關、按鈕、傳感器等，PLC的輸入類型通常可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內部提供。

②開關量輸出模塊

輸出模塊的作用是將CPU執行用戶程序所輸出的TTL電平的控制信號轉化為生產現場所需的，能驅動特定設備的信號，以驅動執行機構的動作。

（4）編程器

編程器是PLC重要的外部設備，利用編程器可將用戶程序送入PLC的用戶程序存儲器，調試程序、監控程序的執行過程。編程器從結構上可分為以下三種類型。

（1）簡易編程器

（2）圖形編程器

（3）通用計算機編程器

（5）電源

電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉換成內部工作電壓。外部連接的電源，通過PLC內部配有的一個專用開關式穩壓電源，將交流/直流供電電源轉化為PLC內部電路需要的工作電源（直流5V、±12V、24V），并為外部輸入元件（如接近開關）提供24V直流電源（僅供輸入端點使用）。驅動PLC負載的電源由用戶提供。

（6）外設接口

外設接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過外設接口組成PLC的控制網絡。PLC使用PC/PPI電纜或者MPI卡通過RS-485接口與計算機連接，可以實現編程、監控、聯網等功能。

PLC的軟件組成

PLC的軟件由系統程序和用戶程序組成。

系統程序由PLC制造廠商設計編寫，并存入PLC的系統存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統程序一般包括系統診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序及監控程序等。

PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據控制要求編制的程序。在PLC的應用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實現控制目的。

由于PLC是專門為工業控制而開發的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術人員，為了滿足他們的傳統習慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計算機語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。

1.圖形式指令結構

2.明確的變量常數

3.簡化的程序結構
4.簡化應用軟件生成過程

5.強化調試手段

PLC的基本工作原理

PLC掃描的工作方式主要分三個階段，即輸入采樣階段、用戶程序執行階段和輸出刷新階段。如圖所示

（1）輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中相應單元的狀態和數據也不會改變。

因此，如果輸入的是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

（2）用戶程序執行階段

在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算；然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態，或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

即在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的梯形圖起作用。

（3）輸出刷新階段

當用戶程序掃描結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

輸入/輸出滯后現象

從PLC的工作過程，可以總結如下幾個結論：

1、以掃描的方式執行程序，其輸入/輸出信號間的邏輯關系存在著原理上的滯后。掃描周期越長，滯后就越嚴重。

2、掃描周期除了包括輸入采樣階段、用戶程序執行階段、輸出刷新階段三個主要工作階段所占的時間外，還包括系統管理操作占用的時間。其中，程序執行的時間與程序的長短及指令操作的復雜程度有關，其他基本不變。掃描周期一般為毫微秒級。

3、第n次掃描執行程序時，所依據的輸入數據是該次掃描周期中采樣階段的掃描值X依據的輸出數據有上一次掃描的輸出值Y（n-1），也有本次的輸出值Yn；所n送往輸出端子的信號，即是本次執行全部運算后的最終結果Yn。

4、輸入/輸出響應滯后不僅與掃描方式有關，還與程序設計安排有關。