1.4.1 按结构形式分类
目前，从PLC的硬件结构形式上分类，PLC可以分为整体式固定I/O型、模块式、基本单元加扩展型、集成式、分布式5种基本结构形式，其特点分别如下。
（1）整体式（一体式）固定I/O型
整体式固定I/O型PLC（见图1-36）是一种整体结构、I/O点数固定的小型PLC（也称微型PLC）。
图1-36 整体式固定I/O型PLC
整体式固定PLC的处理器、存储器、电源、输入/输出接口、通信接口等都安装在基本单元上，I/O点数不能改变，且无I/O扩展模块接口。
整体式固定I/O型PLC的特点是结构紧凑、体积小、安装简单，适用于I/O控制要求固定、点数较少（20～30点）的机电一体化设备或仪器的控制，特别是在产品批量较大时，可以降低生产成本，提高性能价格比。
作为功能的扩展，此类PLC一般可以安装少量的通信接口、显示单元、模拟量输入等微型功能选件，以增加必要的功能。
整体式固定I/O型PLC品种、规格较少，比较常用的有日本MITSUBISHI（三菱）的FX1、FX1S-10/14/20/30系列（见图1-36）、FX2、FX2N系列与KOYO（光洋）的SM16/24系列等。
（2）模块式PLC
模块式PLC（见图1-37）是大、中型PLC的常用结构。它通常需要使用统一的安装基板（或机架），PLC的部分或者全部单元采用模块化安装的结构形式。专用的安装基板（或机架）除用于安装、固定各PLC组成模块外，通常还带有内部连接总线，各组成模块通过内部总线构成整体。
图1-37 模块式PLC示意图
模块式PLC的电源、中央处理器、输入/输出、通信等一般为独立的模块。在部分PLC上，也有将电源与中央处理器（包括存储器）、基板进行一体化的结构，但所有其他模块（I/O模块与功能模块）均为独立安装。
与整体式固定I/O型及基本单元加扩展型PLC相比，模块式PLC具有如下特点。
①全部PLC的组成模块均可以由用户自由选择，不受基本单元I/O的限制，PLC的配置更灵活。
②模块式PLC可以连接的I/O点数、功能模块数量众多，容易构成大、中型PLC。
③模块式PLC的I/O模块一般均采用可拆卸的连接端，更换模块时一般不需要进行重新接线，故障诊断、安装调试与维修方便。
模块式PLC的I/O点一般可以达到1024点以上，可以连接各种开关量输入/输出、模拟量输入/输出、位置控制、温度测量与调节、网络通信等功能扩展模块。
此类PLC通常用于复杂机电一体化产品与自动线的控制，绝大部分生产厂家的大、中型PLC都采用了这种结构形式（见图1-37和表1-5），如西门子公司的S7-300/400系列和日本三菱的Q系列等。
表1-5 按结构分类
最常用的整体式和模块式PLC的结构形式与主要特点见表1-5。
（3）基本单元加扩展型
基本单元加扩展型PLC（见图1-38）是一种由整体结构、固定I/O点数的基本单元、可选择扩展I/O模块构成的小型PLC。PLC的处理器、存储器、电源、固定数量的输入/输出接口、通信接口等安装于基本单元上。通过基本单元的扩展接口，可以连接扩展I/O模块与功能模块，进行I/O点数与控制功能的扩展。
图1-38 基本单元加扩展型PLC
与整体式固定I/O型PLC相比，基本单元加扩展型PLC同样具有结构紧凑、体积小、安装简单的特点；但它可以根据设备的I/O点数与控制要求，增加I/O点或功能模块，因此，具有I/O点数可变与功能扩展容易的优点，可以灵活适应控制要求的变化。
基本单元加扩展型PLC与模块化结构PLC的主要区别在于以下几点。
①基本单元加扩展型PLC的基本单元本身具有集成、固定点数的I/O点，基本单元可以独立使用。
②基本单元、扩展模块自成单元，不需要安装基板（或机架），因此，在控制要求变化时，可以在原基础上，很方便地对PLC的配置进行改变。
③可以使用功能模块，由于基本单元具有扩展接口，因此可以连接其他功能模块。
基本单元加扩展型PLC的最大I/O点数通常可以达到256点以上；功能模块的规格与品种也较多，有模拟量输入/输山、位置控制、温度测量与调节、网络通信等。
这类PLC在机电一体化产品中的实际用量最大，大部分生产厂家的小型PLC都采用了这种结构形式。如日本三菱的FX1N/FX1NC/FX2N/FX2NC/FX3UC系列等（见图1-38）。
（4）集成式PLC
集成式PLC（也称内置式PLC）一般作为数控系统（CNC）的功能补充，用于实现数控机床或其他数控设备的辅助机能控制，如刀具自动交换控制、工作台自动交换控制、冷却的开/关控制、主轴的启动/正反转/停止控制、夹具的自动松/夹、自动上/下料控制等。
集成式PLC是一种将PLC与CNC（数控装置）集成于一体的专用PLC，通常无独立的电源与CPU，一般不可以单独使用。
在大多数数控系统中，PLC与CNC共用同一CPU，如三菱的E60系列数控系统（见图1-39）、FANUC0系列数控系统、SIEMENS 810系列、802系列数控系统等。
图1-39 带集成式PLC的数控系统组成示意图
当PLC与CNC共用CPU时，PLC的输入/输出通常以I/O接口模块的形式安装在数控系统或者机床上，I/O模块与CPU间通过总线连接，如三菱的FCU6-HRC341/351模块（见图1-39）、西门子802D的PP72/48模块、FANUC-0iC I/O模块均属于这种情况。
采用集成式结构时，PLC接口模块一般都为用途单一的开关量输入/输出模块（有时有少量的模拟量接口），单个模块的I/O点数通常都较多，如PP72/48 I/O模块为72点输入/48点输出；FCU6-HRC341/351为64点输入/48点输出；0iC I/O模块为96点输入/48点输出等。但接口模块的规格较少，一般只有1～2种，且I/O的点数与输入/输出的要求固定不变。当I/O点数不足时，需要增加I/O模块进行扩展，PLC通常无特殊功能模块可以供选择。
在功能强大的数控系统中，PLC也有使用单独CPU的场合，此类PLC具有独立的电源模块、CPU模块、I/O模块，整体结构与通用型模块式PLC相同，也可以作为独立PLC使用（此类情况不常见）；在部分CNC上，也有直接使用通用PLC的情况（如SIEMENS早期的SINUMERIK 6、3、8系列CNC，SINUMERIK 850、880系列CNC以及当前的SINUMERIK 810D/840D系列CNC均为直接使用PLC的产品）。
使用单独CPU的集成式PLC，一般通过特殊的接口模块与总线实现CNC与PLC间的数据交换。PLC的其他组成部分均为模块化结构，与通用PLC一样，单个I/O模块的控制点数较少，但可以安装的模块数较多，且输入/输出要求可变，使用较灵活。
集成式PLC的优点是可以随时通过CNC的操作面板进行程序编辑、调试与状态诊断，在部分系统中还可以进行梯形图的动态显示。
集成式PLC的使用方法与通用PLC基本相同，但在I/O信号与标志寄存器（也称内部继电器）方面，具有地址固定的CNC与PLC间的内部传送信号；在指令系统方面，具备部分适合于CNC机床控制的特殊功能指令，如刀具自动交换控制用的回转器计数指令、回转器捷径选择指令、“随机换刀”控制指令等。
由于集成式PLC一般都需要与PLC同时使用，编程时必须了解系统内部PLC与CNC之间的信号关系，才能正确使用。
（5）分布式PLC
分布式PLC（见图1-40）是一种用于大型生产设备或者生产线实现远程控制的PLC，一般是通过在PLC上增加用于远程控制的“主站模块”实现对远程I/O点的控制。中央控制PLC的结构形式原则上无规定的要求，即可以是基本单元加扩展型PLC或者模块式PLC，但由于功能、I/O点数等方面的限制，常见的还是以模块化结构PLC居多。
图1-40 分布式PLC的组成示意图
分布式PLC的特点是各组成模块可以被安装在不同的工作场所。如可以将CPU、存储器、显示器等以中央控制（通常称为主站）的形式安装于控制室，将I/O模块（通常称为远程I/O）与功能模块以“工作站”（通常称从站）的形式安装于生产现场的设备上。
中央控制PLC（主站）与“工作站”（从站）之间一般需要通过总线（如SIEMENS公司的PROFIBUS-DP等）进行连接与通信，因此，它事实上已经构成了简单的PLC与功能模块间的网络系统。