PLC实质上是一种工业控制计算机，有着与通用计算机相类似的结构，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。1 PLC硬件结构
PLC硬件结构主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元（I/O接口）、I/O扩展接口、通信及编程接口、电源变换器等组成，见图1-11所示的点画线框内。
1）中央处理器（CPU） CPU是PLC的核心部件，由运算器和控制器组成。CPU由通用微处理器、单片机或位片式微处理器组成。它通过控制总线、地址总线和数据总线与存储器、输入/输出单元和通信接口等建立联系。CPU主要用于接收并存储从编程器输入的用户程序，检查编程过程是否出错，进行系统诊断，解释并执行用户程序，完成通信及外设的某些功能。
（2）存储器 PLC中的存储器主要有保持性存储器、存储器以及存储卡存储三种。CPU提供了多种功能来确保用户程序和数据能够被正确保留。
1）保持性存储器：在一次上电循环中保持不变的可选择存储区。可在系统数据块中组态
态保持性存储器。在所有存储区中，只有V、M和定时器与计数器的当前值存储区能组态为保持性存储区。
2）存储器：用于存储程序块、数据块、系统块、强制值、M存储器以及组态为保持性的值的存储器。
3）存储卡：可拆卸Micro SD卡。用于作为程序传送卡存储项目块，作为恢复为出厂默认设置的卡完全擦除PLC，或作为固件更新卡更新PLC和扩展模块固件。
（3）输入/输出单元 （I/O接口） 输入/输出单元通常也称为输入/输出接口（I/O接口），是PLC与工业生产现场设备之间的连接部件。
1）输入接口：用来接收和采集用户输入设备产生的信号。输入信号主要有两种类型：一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。这些信号经过光电隔离、滤波和电平转换等处理，变成CPU能够接收和处理的信号，并送给输入映像寄存器。
PLC输入接口电路有直流输入和交流输入。输入接口的电源可以由外部提供，也可以由PLC内部提供。
图1-12所示为西门子S7-200 SMART PLC的直流输入接口电路，图中只画出对应于一个点的输入电路，各个输入点所对应的输入电路均相同。其中直流电源由外接提供，极性可以为任意极性。
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2）输出接口。输出接口是将经过CPU处理的信号通过光电隔离和功率放大等处理，转换成外部设备所需要的驱动信号（数字量输出或模拟量输出），以驱动外部各种执行设备，如接触器、指示灯、报警器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等设备。
输出接口电路就是PLC的负载驱动回路。为适应实际设备控制的需要，输出接口的形式有继电器输出型和晶体管输出型。为提高PLC抗干扰能力，每种输出电路都采用了光电隔离技术。
电器输出型为有触点的输出方式，既可驱动直流负载，又可驱动交流负载，驱动负载的能力在2A左右。其优点是适用电压范围比较宽、导通压降小、承受瞬时过电压和过电流的能力强。缺点是动作速度较慢、响应时间长、动作频率低。建议在输出量变化不频繁时优先选用，不能用于高速脉冲的输出。其电路工作原理是：当内部电路的状态为“1”时，使继电器线圈通电，产生电磁吸力，触点闭合，则负载得电，同时点亮输出指示灯
灯LED（图1-13a中负载、输出指示灯LED未画出），表示该路输出点有输出；当内部电路的状态为“0”时，使继电器的线圈无电流，触点断开，则负载断电，同时LED熄灭，表示该路输出点无输出。
图1-13b所示晶体管输出形式只可驱动直流负载。驱动负载的能力是每一个输出点为750mA。其优点是可靠性强、执行速度快、寿命长。缺点是过载能力差。适用高速（可达20kHz）、小功率直流负载。其电路工作原理是：当内部电路的状态为“1”时，光电耦合器导通，使晶体管饱和导通，场效应晶体管也饱和导通，则负载得电，同时点亮LED（图1-13b中负载、LED未画出），表示该路输出点有输出；当内部电路的状态为“0”时，光电耦合器断开，晶体管截止，场效应晶体管也截止，则负载失电，LED熄灭，表示该路输出点无输出。图1-13b中的稳压二极管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护场效应晶体管。
（4）扩展模块 扩展模块用来扩展PLC的I/O端子数，当用户所需要的I/O端子数超过PLC基本单元（即主机，带CPU）的I/O端子数时，可通过I/O扩展模块（不带有CPU）与PLC基本单元相连接，以增加PLC的I/O端子数，从而适应控制系统的要求。其他很多的智能单元也通过该模块与PLC基本单元相连。
（5）通信接口 通信接口是专用于数据通信的，主要实现人-机对话。PLC通过通信接口可与打印机、监视器以及其他的PLC或计算机等设备实现通信。
（6）电源 PLC的电源是指将外部输入的电源处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入/输出接口等内部电路工作需要的直流5V电源电路或电源模块。另一方面可为外部输入元件提供DC 24V标准电源，而驱动PLC负载的电源由用户提供。图1-14所示为将CPU连接至电源的两种供电方式，分别是直流型和交流型。
PLC软件
PLC软件由系统程序和用户程序组成。
（1）系统程序 系统程序是由PLC制造厂商采用汇编语言设计编写的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的运行，用户不能直接读写与更改。系统程序分为系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用程序。
（2）用户程序 用户程序是用户为完成某一控制任务而利用PLC的编程语言编制的程序。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，因此为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的编程语言采用比计算机语言相对更简单、易懂、形象的专用语言。PLC的主要编程语言有梯形图和语句表等。
三、PLC的基本工作原理1 PLC的工作过程
PLC在本质上虽然是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，但是PLC的工作方式却与计算机有很大的不同。计算机一般采用等待输入-响应（运算和处理）-输出的工作方式，如果没有输入，则一直处于等待状态；而PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式，每一个周期都要按部就班完成相同的工作，与是否有输入或输入是否变化无关。
PLC的工作过程一般包括内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段，（1）内部处理 PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，进行监控、定时器复位等工作。在运行模式下，还要检查用户程序存储器，如果发现异常，则停止并显示错误。若自诊断正常，则继续向下扫描。
（2）通信操作 在通信操作阶段，CPU自检并处理各通信端口接收到的任何信息，完成数据通信服务，即检查是否有计算机、编程器的通信请求，若有则进行相应处理。
（3）输入处理 输入处理阶段又称输入采样阶段。在此阶段，按顺序扫描输入端子，把所有外部输入电路的接通/断开状态读入到输入映像寄存器，输入映像寄存器被刷新。
（4）程序执行 用户程序在PLC中是顺序存放的。在程序执行阶段，在无中断或跳转指令的情况下，CPU根据用户程序从条指令开始按自上而下、从左至右的顺序逐条扫描执
行。
（5）输出处理 当所有指令执行完毕后，进入输出处理阶段，又称输出刷新阶段。CPU将输出映像寄存器中的内容集中转存到输出锁存器，然后传送到各相应的输出端子，后再驱动外部负载。2 PLC用户程序的执行过程
在运行模式下，PLC对用户程序重复地执行输入处理、程序执行、输出处理三个阶段，。
在用户程序执行过程中，输入映像寄存器的内容由上一个输入采样期间输入端子的状态决定。输出映像寄存器的状态由程序执行期间的执行结果决定，随程序执行过程而变化。输出锁存器的状态由程序执行期间输出映像寄存器的后状态来确定。各输出端子的状态由输出锁存器确定。程序如何执行取决于输入、输出映像寄存器的状态。
在每次扫描中，PLC只对输入采样一次，输出刷新一次，这可以确保在程序执行阶段，在同一个扫描周期的输入映像寄存器和输出锁存器中的内容保持不变。每重复一次的时间就是一个扫描周期，其典型值为1～100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。
四、PLC的特点
S7-200 SMART通过可连接的扩展模块即可处理模拟量，具有更多的输入/输出点及更大的存储器，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。S7-200 SMART CPU普遍具有以下特点：
（1）集成的24V电源 可直接连接到传感器、变送器和执行器，CPU的输出电流按照型号功率的大小可达到180～400mA，可用作负载电源。
（2）高速脉冲输出 具有两路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20kHz，用于控制步进电动机或伺服电动机，实现定位任务。
（3）通信口S7-200 SMART具有一个RS485通信口和一个RJ45的以太网端口，支持PPI通信协议，有自由口通信能力。
（4）中断输入 允许以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应。
（5）EEPROM存储器模块（选件） 可作为修改与复制程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。
（6）数字量输入/输出点CPU SR20具有12个输入点和8个输出点；CPU ST40具有24个输入点和16个输出点；CPU SR60具有36个输入点和24个输出点。
（7）高速计数器 高速计数器独立于CPU的扫描周期对高速事件进行计数。高速计数器有一个有符号32位整数计数值（或当前值），要访问高速计数器的计数值，需要利用存储器类型（HC）和计数器编号指定高速计数器的地址。高速计数器的当前值是只读值，仅可作为双字（32位）来寻址。
