根据IEC标准，给PLC下的定义是：它是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用可编程存储器内部储存用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能，诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算和通过数字或模拟输入/输出来控制各种类型的机械或过程。不论是PLC和与它有关的外部设备都设计成容易集成在一个工业控制系统内以及容易应用所有计划中的功能。由上述PLC的定义，可以看到PLC的许多特点，概括如下：
    (1)   控制程序可变，具有很好的柔性  在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改变程序就可满足要求。因此，除单机控制外，PLC在柔性制造单元（FMC），柔性制造系统（FMS），以致工厂自动化（FA）中也被大量采用。
    (2)   具有高度可靠性，适用于工业环境  PLC产品的平均故障间隔时间（MTBF）一般可达到5年以上，因此是一种高度可靠的工业产品，大大提高了生产设备的运行效率。PLC不要求专用设备的机房，这为工业现场的大量直接使用提供了方便。
    (3)   功能完善  现代PLC具有数字和模拟量输入/输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、PID调节、各种智能模块、远程I/O模块、通信、人－机对话，自诊断，记录和图形显示、组态等功能。除了适用于离散型开关量控制系统外，现在也能应用于连续的流程控制系统，从而使设备的控制水平大大提高。
    (4)   易于掌握，便于维修  由于PLC使用编程器进行编程和监控，使用人员只需掌握工程上通用的梯形图语言（或语句表、流程图）就可进行用户程序的编制和测试。因此，即使不太懂得计算机的操作人员，也能掌握和使用PLC。也由于PLC有完善的自诊断功能，输入／输出均有明显的指示，在线监控软件的功能很强，因此，很容易进行维修，能很快查找出故障的原因。PLC本身高可靠性也保证了故障的几率是很低的。
    (5)   体积小，省电  与传统的控制系统相比，PLC的体积很小，一台收录机一样大小的PLC具有相当于三个1.8m高继电器控制柜的功能。PLC消耗的功能只是传统控制系统的三分之一至二分之一。
    (6)   价格低廉  随着集成电路芯片功能的提高，价格的降低，可编程控制器硬件的价格也一直不断地在下降。根据最近市场统计，国外小型PLC平均每一个I/O点为14~20美元，中型PLC折算每个I/O点为20~35美元，大型PLC折算每个I/O点为40~80美元。虽然PLC的软件价格在系统中所占的比重在不断提高，但由于缩短了整个工程项目的设计，编程和投运费用以及缩短了整个投运周期，因此，使用PLC的总造价是低廉的，而且还呈不断下降的趋势。

◆　PLC的硬件体系

?   硬件结构
    图1表示PLC及其与外部设备的联系框图。

图1   PLC及其外部设备联系框图

    PLC控制的对象是“过程”或“机械”，由传感器采集“过程”或“机械”的信息，送入PLC的输入单元，经PLC的中央处理单元处理，结果通过PLC的输出单元驱动执行机构，由执行机构控制“过程”或“机械”达到预期的目的。图1还表示了PLC的外部设备接口与外部设备之间的联系。主要的外部设备有编程器（编程器上配置有显示单元）、 HMI人－机接口、并行打印机、其它PLC或上位计算机。
    从原理上讲，PLC是计算机的一种，因此，它也由中央处理器、中央存储器和接口三部分组成。

图2   PLC的CPU结构框图

   图2表示了PLC的中央处理单元（CPU）的结构。中央处理单元的核心是中央处理器。
中央处理器包含指令计数器、指令存储器和地址寄存器、变址和基址寄存器、累加器和通用寄存器。
    除了中央处理器外，还有中央存储器，中央存储器划分成数据、程序和监控三部分。数据部分包含有输入变量、中间变量和输出变量的映像区。监控部分存放PLC的监控程序，用户程序区存放若干个用户的应用程序块。
? 　CPU和中央存储器
    PLC中的CPU是用来完成对某些不同类型的信息进行操作的单元。这些操作包括信息的转移，信息的转换（码的转换、数字的转换），计算，同步，译码等。
    中央处理器（Processor）是CPU中的智能机构（电脑）。它是用来控制程序指令的操作的，处理器本身由若干种寄存器组成。寄存器是由逻辑电路组成的高速半导体存储器（暂存器），它用来暂时存放数据，外部信息或中间运算结果和对它们进行操作。主要的寄存器有：
    (1)  内部寄存器  只能在计算机内部进行存取，允许内部的管理和控制操作。
    (2)  程序计数器  有时也称做“程序指针”，它始终包含有当前正在执行指令的地址，在每一条指令执行结束时，指针的值将被修改，自动地加1。只有在执行跳转指令时是例外。指针将被放置新的下一条执行指令的地址。
    (3)  指令存储器  由“程序指针”所指向的中央存储器中的当前指令的操作码（Operation Code），被送至指令寄存器。经过译码，在时钟脉冲控制下，指令寄存器将执行指令：从中央存储器转移信息到通用寄存器或取相反过程。对于执行的是跳转指令，如果命令是正向跳动n，则执行指令的结果是强迫程序计数器增量加n。
    (4)  地址寄存器　在指令寄存器取得操作码（OC）的同时，地址寄存器取得同一指令的操作数地址（Operand Address）。在一般情况下，地址寄存器涉及的就是操作数的地址，但在转移指令的情况下，由它决定信息转移的途径。例如，在执行向前跳动＋n的指令时，地址寄存器就包含数据值＋n，执行指令是将程序计数器的内容与地址寄存器的内容相加，再送回程序计数器。
    (5)  状态寄存器　是用来设置状态位的。某个状态位决定于处理器对某一事件将予以考虑或不予考虑，例如，对中断优先权的禁止或屏蔽。
    (6)  通用寄存器　是用户在编制应用程序时可以使用的一组寄存器，它们中的某些是非常特殊的，另一些则是一般的寄存器，它的数量和组织取决于PLC设计者的选择。
    (7)  变址寄存器　包含一潜在的基地址，当采用变址寻址方式时，是将预先存放在变址寄存器中的绝对基地址，与地址寄存器中存放的操作数地址（OA）部分相加，得到指令中所要存取信息的地址。这样一种技术可以扩展寻址的范围。与地址寄存器有限的地址长度相比可扩展至更大的范围，但执行指令时间较长。
    (8)  累加器寄存器　它是用来执行CPU的指令的，对PLC来说，这些指令典型的有按“位”执行和按“字”执行。对某些PLC类型，只有单一的累加器，“位”是作为“字”的一个位来处理的，对另一些PLC系统，逻辑运算和数字运算是分开在不同的累加器进行的。
    处理PLC系统信息的存储器通常分为两大部分：中央存储器和大容量存储器（硬盘、软磁盘、磁带、Flash memory等）。大容量存储器一般作为PLC的外部设备。中央存储器有很高的存取速度，但由于价格较昂贵，限制了它的使用容量；大容量存储器虽然存取速度较慢，但由于价格相对便宜，适于储存大容量数据。
    中央存储器在PLC的内部，一般由三部分组成。由于对存取速度有要求，所以都采用半导体存储器，常用的半导体存储器有静态RAM、EPROM和E2PROM。
    (1)  中央存储器的数据部分主要用作输入变量、输出变量、中间变量的映像区，因为在PLC的运行过程中，这部分变量是不断变化的，所以都是采用随机存取存储器（一般为静态RAM）构成的。
    (2)  监控程序或操作系统，是PLC设计者为了给用户使用PLC提供方便，其功能是对PLC及其外设进行资源管理，同时使PLC的用户编制应用程序时，可以使用级别较高的语言（如语句表、梯形图或SFC控制图形语言等）。一般监控程序或操作系统都是驻留在中央存储器中的，例如，固化在中央存储器的EPROM上，有一些PLC使用较大的操作系统，则除了驻留在中央存储器上的软件外，还有一部分软件放在外设的大容量存储器中。
    (3)  中央存储器中的用户应用软件是用户针对不同的控制任务，用PLC编程语言编制的应用程序，放置在中央存储器的用户存储器区。有些用户存储区可以放置若干个应用程序块。由于应用程序在调试过程中要不断修改，又希望在掉电或正常关机时，这部分程序不会丢失，因此，在中央存储器中常用带后备电池的CMOS RAM作用户存储器区，也可以用E2PROM存放应用程序。如果应用程序经调试后，不再需要改变，这部分程序可以固化在EPROM中。
在CPU与中央存储器交换信息的过程中，很重要的一点是存储器的寻址，发展寻址技术的目的是在键入数据时增加灵活性，使更为安全和得到更大地址范围。PLC系统中使用的寻址方式有以下几种：
    (1)  立即数寻址  这种寻址方式的操作数直接放置在指令的地址场中。这种寻址方法，对简单的计算，例如，计算用户程序的地址是很方便的。
    (2)  相对寻址  在指令的地址场中包含的是正的或负的整数，用它与现行地址（例如，程序计数器的值）代数相加，得到指令的操作数的有效地址。这种寻址方式在执行转移指令，条件转移指令或循环指令（LOOP）时是非常有用的。
    (3)  间接寻址  这种寻址方式的指令的地址场包含的是操作数所在单元的地址（即指令的操作数有效地址的地址），用这种寻址方式，可以扩展可寻址存储器的范围。
    (4)  变址或基址寻址  在变址寄存器或通用寄存器中，预先放置一基地址，将此与指令操作数地址场的内容（偏移量）代数相加得到指令操作数的有效地址。
    (5)  组合寻址  上面所提到的某些寻址方式可组合起来形成新的寻址方式，例如，相对变址寻址等。
    图3表示了与寻址方法有关的指令的结构。

图3   与PLC的寻址方式有关的指令结构

    在中央存储器中，还有一种特殊的应用区，称为“堆栈”。“堆栈”是中央存储器中的一个特殊区域，用来存放程序执行过程中的结果或者在子程序调用过程中用来保护“现场”信息，以便子程序结束时能正确地返回。在PLC中使用的“堆栈”主要有两种形式：一种称后进先出堆栈（LIFO-Last In First Out），另一种称先进先出堆栈（FIFO-First In First Out）。图4表示了这两种“堆栈”在进行栈操作时的数据位置。

图4   LIFO和FIFO两种堆栈的操作方式说明