PLC是從繼電控制系統發展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統電路圖十分相似，梯形圖中的某些編程元件也延續了繼電器中的叫法。這些用計算機程序實現的“軟繼電器”，與繼電器系統中的物理繼電器在功能上有相似之處。
    PLC的工作過程與計算機的工作原理基本一致，它通過執行用戶程序來實現控制任務。但在時間上，PLC執行的任務是串行的，這與繼電器控制系統中控制任務的執行有所不同。
    由PLC的定義可知，PLC也是一種計算機，它有著與計算機相類似的結構，PLC的硬件主要由中央處理器( CPU)、存儲器(memory)、輸入／輸出(I/O)單元、通信接口、擴展接口、電源等幾部分組成。硬件組成結構如圖1-4所示。

    圖1-4    PLC的硬件組成結構
    1．中央處理器(CPU)
    和計算機一樣，CPU整個是PLC的核心。PLC中所配置的CPU隨機型不同而不同，常用的CPU有三類：通用微處理器（如16位8086、80286等）、單片機（如8039、8031、M6801等）和位片式微處理器（如AMD2900、AMD2903等）。
    可編程控制器的檔次越高，CPU的位數也就越多，運算速度也就越快，功能指令也越強。
    2．存儲器
    在PLC中，存儲器主要用來存放系統程序、用戶程序以及工作數據，可分為系統程序存儲器和用戶程序存儲器。
    常用的存儲器主要有兩種：一種是可讀／寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。
    3．輸入／輸出單元
    輸入／輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業生產現場之間連接的部件。PLC通過輸入接口把外部設備（如開關、按鈕、傳感器）的狀態或信息讀入CPU，通過用戶程序的運算與操作，把結果通過輸出接口傳給執行機構（如電磁閥、繼電器、接觸器等）。以實現控制的目的。
    小型特別是超小型的PLC的I/O是和CPU、電源等組裝在一個整體式結構中，I/O的點數受到一定的限制，且以開關量為主；而中型以上的PLC都是采用I/O模塊的形式，且多數與CPU、電源等模塊分離，以便I/O容量的擴展，模塊種類也多樣化，可以任意混裝（即無固定安裝位置），以便靈活地構成用戶所需要的控制系統。但無論是哪一種形式，其功能和內部電路原理都是相似的。
    I/O接口是PLC與現場I/O設備或其他外部設備之間的連接部件。PLC通過輸入接口把外部設備（如開關、按鈕、傳感器）的狀態或信息讀入CPU，用戶程序運算與操作后，把結果經輸出接口傳送給執行機構（如電磁閥、繼電器、接觸器等）。輸入接口對輸入信號進行濾波、隔離、電平轉換等，把輸入信號安全可靠地輸入到PLC的內部。輸出接口是把程序的結果輸出到PLC的外部，輸出接口具有隔離PLC內部電路和外部執行元件的作用，還具有功率放大的作用。
    (1)輸入接口電路
    各種PLC的輸入接口電路大都相同，通常有3種類型：第一種是直流12～24V輸入；第二種是交流100～120V、200～240V輸入；第三種是交直流12～24V輸入。外部輸入器件可以是開關量( ON/OFF)信號；數字信號，如數字開關輸入；高速脈沖輸入，如旋轉編碼等。這些外部輸入器件是通過PLC的輸入端子和PLC相連的。
    PLC的輸入接口電路中有光耦合隔離，并設有RC濾波器，用以消除輸入觸點的抖動和外部噪聲的干擾。當開關閉合時，一次電路中有電流流過，輸入指示燈亮，光耦合器被激勵，三極管由截止狀態變為飽和導通狀態，一個外部信號送到PLC的內部電路中。圖1-5是一個直流輸入接口電路的原理圖。

    圖1-5    直流輸入端內部接線圖
    (2)輸出接口電路
    PLC的輸出有3種形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。圖1-6給出了PLC的3種輸出接口電路。
    對于繼電器輸出，當CPU輸出為“1”時，晶體管飽和導通，輸出指示燈點亮，同時繼電器的線圈有電流通過，繼電器的觸點接通，負載回路接通，負載工作；當CPU輸出為“0”時，負載回路斷開，負載不工作。負載回路的電源由負載特性決定，可以是交流也可以是直流，但一般不能超過AC 250V，電流不超過2A/點。

    圖1-6    PLC的輸出接口電路
    晶體管輸出和晶閘管輸出的工作原理和繼電器輸出是相似的。晶體管輸出還分為NPN型和PNP型，負載電源只能用直流，一般不超過DC 24V，電流不超過0.5A/點。在接線時要注意電源的極性，否則不能正常控制負載。晶閘管輸出的負載電源只能用交流電源。電源電壓和每點能通過的電流大小在PLC廠商所提供的硬件手冊中給出。
    4．擴展接口
    擴展接口是用于擴展I/O的，它使PLC的點數規模配置更為靈活，這種擴展接口實際上為總線形式，可以配置開關量的I/O，也可以配置如A/D、D/A轉換模塊，定位模塊等特殊功能模塊。現在PLC上都設有通信接口，連接通信適配器等。在大型機中，擴展接口為插槽擴展基板的形式。