PLC是从继电控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图十分相似，梯形图中的某些编程元件也延续了继电器中的叫法。这些用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上有相似之处。
    PLC的工作过程与计算机的工作原理基本一致，它通过执行用户程序来实现控制任务。但在时间上，PLC执行的任务是串行的，这与继电器控制系统中控制任务的执行有所不同。
    由PLC的定义可知，PLC也是一种计算机，它有着与计算机相类似的结构，PLC的硬件主要由中央处理器( CPU)、存储器(memory)、输入／输出(I/O)单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。硬件组成结构如图1-4所示。

    图1-4    PLC的硬件组成结构
    1．中央处理器(CPU)
    和计算机一样，CPU整个是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用的CPU有三类：通用微处理器（如16位8086、80286等）、单片机（如8039、8031、M6801等）和位片式微处理器（如AMD2900、AMD2903等）。
    可编程控制器的档次越高，CPU的位数也就越多，运算速度也就越快，功能指令也越强。
    2．存储器
    在PLC中，存储器主要用来存放系统程序、用户程序以及工作数据，可分为系统程序存储器和用户程序存储器。
    常用的存储器主要有两种：一种是可读／写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。
    3．输入／输出单元
    输入／输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间连接的部件。PLC通过输入接口把外部设备（如开关、按钮、传感器）的状态或信息读入CPU，通过用户程序的运算与操作，把结果通过输出接口传给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器等）。以实现控制的目的。
    小型特别是超小型的PLC的I/O是和CPU、电源等组装在一个整体式结构中，I/O的点数受到一定的限制，且以开关量为主；而中型以上的PLC都是采用I/O模块的形式，且多数与CPU、电源等模块分离，以便I/O容量的扩展，模块种类也多样化，可以任意混装（即无固定安装位置），以便灵活地构成用户所需要的控制系统。但无论是哪一种形式，其功能和内部电路原理都是相似的。
    I/O接口是PLC与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备（如开关、按钮、传感器）的状态或信息读入CPU，用户程序运算与操作后，把结果经输出接口传送给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器等）。输入接口对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号安全可靠地输入到PLC的内部。输出接口是把程序的结果输出到PLC的外部，输出接口具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，还具有功率放大的作用。
    (1)输入接口电路
    各种PLC的输入接口电路大都相同，通常有3种类型：第一种是直流12～24V输入；第二种是交流100～120V、200～240V输入；第三种是交直流12～24V输入。外部输入器件可以是开关量( ON/OFF)信号；数字信号，如数字开关输入；高速脉冲输入，如旋转编码等。这些外部输入器件是通过PLC的输入端子和PLC相连的。
    PLC的输入接口电路中有光耦合隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声的干扰。当开关闭合时，一次电路中有电流流过，输入指示灯亮，光耦合器被激励，三极管由截止状态变为饱和导通状态，一个外部信号送到PLC的内部电路中。图1-5是一个直流输入接口电路的原理图。

    图1-5    直流输入端内部接线图
    (2)输出接口电路
    PLC的输出有3种形式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。图1-6给出了PLC的3种输出接口电路。
    对于继电器输出，当CPU输出为“1”时，晶体管饱和导通，输出指示灯点亮，同时继电器的线圈有电流通过，继电器的触点接通，负载回路接通，负载工作；当CPU输出为“0”时，负载回路断开，负载不工作。负载回路的电源由负载特性决定，可以是交流也可以是直流，但一般不能超过AC 250V，电流不超过2A/点。

    图1-6    PLC的输出接口电路
    晶体管输出和晶闸管输出的工作原理和继电器输出是相似的。晶体管输出还分为NPN型和PNP型，负载电源只能用直流，一般不超过DC 24V，电流不超过0.5A/点。在接线时要注意电源的极性，否则不能正常控制负载。晶闸管输出的负载电源只能用交流电源。电源电压和每点能通过的电流大小在PLC厂商所提供的硬件手册中给出。
    4．扩展接口
    扩展接口是用于扩展I/O的，它使PLC的点数规模配置更为灵活，这种扩展接口实际上为总线形式，可以配置开关量的I/O，也可以配置如A/D、D/A转换模块，定位模块等特殊功能模块。现在PLC上都设有通信接口，连接通信适配器等。在大型机中，扩展接口为插槽扩展基板的形式。