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中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據，檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能檢查用戶程序的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接受現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區, 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算術運算等任務。并將邏輯或算術運算等結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢以后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行為止。
（2）存儲器
與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構成一臺完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統軟件和應用軟件。存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。
PLC存儲空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據PLC的工作原理， 其存儲空間一般包括以下三個區域：系統程序存儲區，系統RAM存儲區（包括I/O映象區和系統軟設備等）和用戶程序存儲區

大型化PLC發展方向主要有以下幾個方面：
     ① 功能不斷加強：不僅具有邏輯運算、計數、定時等基本功能，還具有數值運算、模擬調節、監控、記錄、顯示、與計算機接口、通信等功能。
         網絡功能是PLC發展的一個重要特征。各種個人計算機，圖形工作站、小型機等都可以作為PLC的監控主機或工作站，這些裝置的結合能夠提供屏幕顯示、數據采集、記錄保持、回路面板顯示等功能。大量的PLC聯網及不同廠家生產的PLC兼容性增加，使得分散控制或集中管理都能輕易地實現。
     ② 應用范圍不斷擴大：不僅能進行一般的邏輯控制，種類齊全的接口模塊還能進行中斷控制、智能控制、過程控制、遠程控制等。
        用于過程控制的PLC往往對存儲器容量及速度要求較高，為此，開發了高速模擬量輸入模塊，專用獨立的PID控制器，多路轉換器等，使得數字技術和模擬量技術在可編程序控制器中得到統一。采用軟件、硬件相結合的方法，使得編程和接線都比過去用常規儀表控制要方便得多。