一、PLC的内部结构
目前主流的PLC品牌有西门子（德国）、三菱（日本）、欧姆龙（日本）、施耐德（法国）等。不同的品牌，其使用的编程软件也有所不同，甚至同一品牌的不同型号PLC使用的软件也不相同。比如西门子PLC就有四款编程软件，分别为STEP 7 Microwin （S7-200），STEP 7- Micro/WIN SMART（ 是专门为S7-200 SMART 开发的编程软件），STEP7 V5.5 （S7-300，S7-400，ET200），TIA Portal（S7-300，S7-400，S7-1500，S7-1200 ）。
虽然PLC种类繁多，性能各异，但在其组成和工作原理上，几乎所有的PLC都是相同或相似的。PLC实质上是一种工业控制计算机，与通用计算机一样，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。现在针对PLC硬件进行介绍。
PLC有整体式和模块式两种结构类型，无论是哪种结构类型，其基本组成及功能都是一样的。PLC硬件的基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（1/O接口）、I/O扩展接口、通信接口及电源等，如图1-15所示。如果对于PLC的组成比较陌生，不如让我们来对比一下我们的手机，手机进行运算、控制闪光灯的亮灭等操作，需要手机的CPU进行工作，这就相当于PLC的中央处理器的作用；手机有内存，有可以存储图片视频等的存储空间，这就是PLC的存储器的作用；还有PLC的I/O接口、通信接口和电源这些部分都可以对应手机、电脑找到相应的组成部分。
中央处理器（CPU）
CPU按系统程序指挥PLC有条不紊地工作。归纳起来，CPU的功能主要包括以下几个方面：
①接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
②诊断电源及PLC内部电路的工作故障，并检查用户程序的语法错误。
③采用扫描方式接收现场各输入设备的状态或数据，并存储到输入过程映像寄存器和数据存储器中。
④进入运行方式后，按顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序所规定的各种操作，并将运算结果存入输出过程映像寄存器或数据存储器内。
⑤根据运算结果更新有关标志位的状态，刷新输出过程映像寄存器的内容，再经输出设备实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。
存储器
PLC具有随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。根据用途的不同，PLC中的存储器可分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器用来存放系统程序，用户不能更改，一般为只读存储器ROM。用户程序存储器用来存放用户程序及工作数据，因为需要经常改动，所以用户程序存储器多为可随时读写的RAM或EEPROM。由于RAM掉电会丢失数据，因此需要使用后备电池（锂电池）保护。较先进的PLC采用快闪存储器（Flash Memory）作为用户程序存储器，则不需要后备电池。
输入/输出接口（I/O接口）
输入/输出接口也称为输入/输出单元，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。
1）输入接口
输入接口的作用是将用户输入设备（如按钮、行程开关、接近开关、传感器及其相应的变送器等）向PLC发出的信号（开关量或模拟量信号）转换成CPU能够接收和处理的信号，并送给输入过程映像寄存器。
输入接口电路主要用来将接收的外界输入信号转化为PLC内部CPU能接受的信号，由CPU进行处理。为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入接口电路必须有很强的抗干扰能力。输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有：
①利用光电耦合器提高抗干扰能力；
②利用阻容滤波电路提高抗干扰能力。
2）输出接口
输出接口的作用是将经过CPU处理的信号转换成外部输出设备所需要的驱动信号（开关量或模拟量信号），以驱动各种执行机构（如继电器、接触器、报警器、电磁阀、调节阀、调速装置等）。
二、PLC的工作原理
PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。为了使PLC的输出能及时地响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为循环扫描工作方式。
对于S7-200PLC一次完整的扫描工作过程一般包括输入采样、执行用户程序、处理通信请求、执行CPU自诊断、输出刷新五个阶段，如图1-16所示。其中，输入采样、执行用户程序和输出采样这三个阶段都分别采取了集中批处理的方法。
（1）输入采样
输入采样也称为读输入，这是第一个集中批处理过程。在每次扫描周期开始时，CPU集中采样所有输入端的当前输入值，并将其存入内存中各自对应的输入过程映像寄存器。此时，输入过程映像寄存器被刷新，那些没有使用的输入过程映像寄存器位被清零。此后，输入过程映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，都不会再影响输入过程映像寄存器，其内容将一直保持到下一扫描周期的输入采样阶段才会被重新刷新。
（2）执行用户程序
执行用户程序阶段是第二个集中批处理过程。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按照顺序排列。CPU执行用户程序是从第一条指令开始逐条顺序执行，直到最后一条指令（结束指令）结束（遇到程序中断或跳转除外）。对于梯形图程序是按照先上后下、先左后右的顺序进行扫描运算的。
（3）处理通信请求
CPU处理从通信端口接收到的任何信息，完成数据通信任务，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。
（4）执行CPU自诊断
在此阶段，CPU检查其硬件和所有I/O模块的状态。在RUN模式下，还要检查用户程序存储器。若发现故障，将点亮故障指示灯并判断故障性质；若没有故障，则继续下一步骤。
（5）输出刷新
亦称作写输出阶段，此乃第三个集中批处理进程。在当前扫描周期内，当CPU完成用户程序的执行之后，会将各个输出过程映像寄存器呈现的“0”或“1”状态进行集中输出，并保存于输出锁存器之中（在一个扫描周期里，锁存器内的数据保持恒定）。
三、PLC分类
现在，PLC比较常用的分类办法有两种，一种是按照结构形式来分，另一种是按照数字量I/O点数来分。
（1）按照结构形式分类
按照结构形式的不一样，PLC能分成整体式和模块式这两种类型。
1）整体式PLC
整体式PLC的基本构造就像图1 - 17展示的那样，它把电源、CPU、存储器、I/O接口、通信接口、I/O扩展接口这些功能都整合到一个机壳里面，变成一个整体，大家一般把它叫做PLC主机或者基本单元。用户用按钮、开关，或者各种传感器还有对应的变送器这类输入设备，就能把开关量或者模拟量（模拟量得经过A/D转换）从输入接口送进去，存到主机存储器的输入过程映像寄存器里。然后经过CPU计算或者处理，得到开关量或者模拟量（模拟量得经过CPU进行D/A转换）的控制信号，再从输出接口输出到用户要控制的设备上。
2）模块式PLC
模块式PLC的基本构造就跟图1 - 18画的一样，它把整体式PLC主机里面的各个部分做成了独立的模块，像CPU模块、输入模块、输出模块、通信模块、各种智能I/O模块，还有电源模块等等。这些模块通过总线连起来，然后安装在机架或者导轨上。
模块式PLC的好处是配置起来很灵活，组装和维修也方便。一般中大型的PLC大多采用这种结构，比如说西门子S7 - 300、S7 - 400系列的PLC。
从上面说的能看出来，模块式PLC在配置方面比整体式PLC更灵活，输入和输出的点数可以随便选。整体式PLC虽说也能通过扩展接口连接别的模块，但是能扩展的模块数量实在是有限。
3）按照数字量I/O点数分类
数字量I/O点数是PLC性能指标之一，按数字量I/O点数的多少，可将PLC分成小型（低档）、中型（中档）和大型（高档）三种。
四、西门子PLC的分类
西门子PLC - S7系列是大家传统认知里的PLC产品。
S7 - 200是针对那些对性能要求不高的小型PLC，它属于一体化紧凑型的PLC。就像图1 - 19a展示的那样，它把电源、中央处理器（CPU）、I/O接口都集成在一个机壳里面。
西门子S7 - 300是模块式的中小型PLC，它最多能扩展32个模块，属于标准模块式结构化的PLC。各种模块都是相互独立的，安装在固定的机架（导轨）上，这样就构成了一个完整的PLC应用系统，如图1 - 19b所示。
S7 - 400是大型PLC，它可以扩展300多个模块。S7 - 300/400还能组成MPI、PROFIBUS和工业以太网等，就像图1 - 19c画的那样。
M7 - 300/400采用的结构和S7 - 300/400是一样的，它既可以当作CPU用，也能作为功能模块使用。它有AT兼容计算机的功能，能用C、C++或CFC等语言来编程。
S7 - 1200是西门子公司新出的模块化小型PLC。它的主体是中间那个所谓的CPU，不过这个CPU可不简单，它把处理器、输入输出口、存储器这些功能都集合在一起了，自己就能单独工作。S7 - 1200有1211、1212、1214、1215、1217这五个型号的CPU可以选。除了1217只有DC/DC/DC的版本外，其他型号都有AC/DC/RLY、DC/DC/DC、DC/DC/RLY三个版本，分别对应不同的电源/输入/输出方式，用起来特别灵活，如图1 - 19d所示。
新型的S7 - 1500控制器可不一般，它不仅有好多创新技术，还树立了新的标准，能最大程度地提高生产效率。不管是小型设备，还是那些对速度和准确度要求很高的复杂设备装置，它都能适用。S7 - 1500能无缝集成到TIA博途中，大大提高了工程组态的效率，如图1 - 19（e）所示。
