plc種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用可編程序控制器實施控制，其實質是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)，應用于工業(yè)現(xiàn)場。plc專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由cpu、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。plc的結構框圖如圖1所示。
圖1 plc的結構框圖
1． 中央處理器
中央處理單元(cpu)一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片內。cpu通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路相連接。與一般計算機一樣，cpu是plc的核心，它按plc中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮plc有條不紊地進行工作。用戶程序和數(shù)據(jù)事先存入存儲器中，當plc處于運行方式時，cpu按循環(huán)掃描方式執(zhí)行用戶程序。
cpu的主要任務有：控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲；用掃描的方式通過i/o部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)。并存人輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中；診斷plc內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等；plc進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務進行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術運算等；根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通訊等功能。
不同型號的plc其cpu芯片是不同的，有采用通用cpu芯片的，有采用廠家自行設計的專用cpu芯片的。cpu芯片的性能關系到plc處理控制信號的能力與速度，cpu位數(shù)越高，系統(tǒng)處理的信息量越大，運算速度也越快。plc的功能是隨著cpu芯片技術的發(fā)展而提高和增強的。
2． 存儲器
plc的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。
系統(tǒng)存儲器用來存放由plc生產廠家編寫的系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序固化在rom內，用戶不能直接更改，它使plc具有基本的功能，能夠完成plc設計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序質量的好壞，很大程度上決定了plc的性能，其內容主要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序，它主要控制plc的運行，使整個plc按部就班地工作。第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將plc的編程語言變?yōu)闄C器語言指令，再由cpu執(zhí)行這些指令。第三部分為標準程序模塊與系統(tǒng)調用，它包括許多不同功能的子程序及其調用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運算等的子程序。plc的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少也決定了plc性能的高低。
用戶存儲器包括用戶程序存儲器(程序區(qū))和功能存儲器(數(shù)據(jù)區(qū))兩部分。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務用規(guī)定的plc編程語言編寫的各種用戶程序，以及用戶的系統(tǒng)配置。用戶程序存儲器根據(jù)所選用的存儲器單元類型的不同，可以是ram(有掉電保護)、eprom或eeprom存儲器，其內容可以由用戶任意修改或增刪。用戶功能存儲器是用來存放(記憶)用戶程序中使用器件的on/off狀態(tài)／數(shù)值數(shù)據(jù)等。用戶存儲器容量的大小，關系到用戶程序容量的大小，是反映plc性能的重要指標之一。
3． 輸入單元
可編程序控制器的輸入信號類型可以是開關量、模擬量和數(shù)字量。輸入單元從廣義上分包含兩部分：一是與被控設備相連接的接口電路，另一部分是輸入映像寄存器。
輸入單元接收來自用戶設備的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時cpu從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結果存放到輸出映像寄存器。
為防止各種干擾信號和高電壓信號進入plc，影響其可靠性或造成設備損壞，現(xiàn)場輸入接口電路一般由光電耦合電路進行隔離。光電耦合電路的關鍵器件是光耦合器，一般由發(fā)光二極管和光電三極管組成。
通常plc的輸入類型可以是直流（dc24v）、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。
對于直流輸入，根據(jù)現(xiàn)場輸入接口電路形式的不同，分為源型輸入和漏型輸入兩種形式。極大部分的歐美品牌的plc采用漏型輸入，而極大部分的亞洲品牌的plc采用源型輸入。
plc通過輸入/輸出端子與控制對象取得聯(lián)系的，plc的輸入/輸出端子的組織形式通常有三種，即匯點式、分組式和分隔式。極大部分的plc的輸入端子采用匯點式，也有的plc為了增加使用的靈活性采用分組式。圖2和圖3所示分別為采用匯點式的源型和漏型直流輸入電路圖。
圖2 plc源型輸入電路圖
圖3 plc漏型輸入電路圖
3． 輸出單元
可編程序控制器的輸出信號類型可以是開關量、模擬量和數(shù)字量。輸出單元從廣義上分包含兩部分：一是與被控設備相連接的接口電路，另一部分是輸出的映像寄存器。
plc運行時cpu從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點相對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、指示燈等被控設備的執(zhí)行元件。
輸出接口電路通常有三種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出則。每種輸出電路都采用電氣隔離技術，電源由外部提供，輸出電流一般為1.5—2a，輸出電流的額定值與負載的性質有關。
為使plc避免受瞬間大電流的作用而損壞，輸出端外部接線必須采用保護措施：一是輸出公共端接熔斷器；二是采用保護電路，對交流感件負載，一般用阻容吸收回路；對直流感性負載用續(xù)流二極管。
極大部分的plc的輸出端子采用分組式和分隔式。對于晶體管輸出型還有源型輸出和漏型輸出兩種形式。極大部分的歐美品牌的plc采用源型輸出，而極大部分的亞洲品牌的plc采用漏型輸出。圖4所示為采用分組式的plc繼電器輸出電路圖，圖5和圖6所示分別為采用分組式的plc源型和漏型晶體管直流輸出電路圖。
圖4 plc繼電器輸出電路圖
圖5 plc漏型晶體管直流輸出電路圖
圖6 plc源型晶體管直流輸出電路圖
4． 通訊接口
現(xiàn)代plc一個顯著的特點就是具有通訊功能，目前主流的plc一般都具有rs485（或rs232）通訊接口，以便連接編程設備、監(jiān)視器、打印機等外圍設備，或連接諸如變頻器、溫控儀等簡單控制設備進行簡單的主從式通訊，實現(xiàn)“人一機”或“機—機’’之間的對話。一些先進的plc上還具有工業(yè)網(wǎng)絡通訊接口，可以與其他的plc或計算機相連，組成分布式工業(yè)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制，另外還可以與數(shù)據(jù)庫軟件相結合，實現(xiàn)控制與管理相結合的綜合控制。
5． 編程設備
編程器的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視。
編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉化為機器語言助記符(指令表)后，才能輸入。它—般由簡易鍵盤和發(fā)光二極管或其他顯示器件組成。智能型的編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有l(wèi)cd或crt圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。
還可以利用微機(如ibm—pc)作為編程器，plc生產廠家配有相應的軟件包，使用微機編程是plc發(fā)展的趨勢。現(xiàn)在已有些plc不再提供編程器，而只提供微機編程軟件了，并且配有相應的通訊連接電纜。