CPU中的运算器用于完成算术或逻辑运算，在控制器的指挥下工作。
CPU中的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作。
作为PLC的核心，CPU的功能主要包括以下几个方面。
1）CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器中存储。
2）监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。
3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。
4）在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。
5）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。
6）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。
7）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。
8）响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）的任务处理请求。
当PLC处于运行状态时，首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入相应的输入缓冲区。然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行完毕之后，*后将I/O缓冲区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。如此循环运行，直到PLC处于停机状态，用户程序停止运行。
CPU模块一般都有相应的状态指示灯，如电源指示、运行停止指示、输入/输出指示和故障指示等。总线接口用于扩展连接I/O模块或特殊功能模块，内存接口用于外部存储器，外设接口用于连接编程器等外部设备，通信接口则用于通信。此外，CPU模块上还有用来设定工作方式和内存区等的设定开关。
目前，应用于控制场合的控制装置除了PLC，还包括单片机系统以及各种工业计算机等，它们拥有不同的特点，适合不同的应用环境。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，它具有一个完整计算机所需要的大部分部件，包括CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会配有外存；同时，集成诸如通信接口、定时器及实时时钟等外围设备。而现在*强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络以及复杂的输入/输出系统集成在一块芯片上。它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但是由于稳定性和抗电磁干扰能力比较差，需要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定。
而计算机系统与PLC相比较，计算机的编程语言为汇编语言或**语言，其门槛要高于梯形图等编程语言，另外计算机系统的工作环境要求很高，为满足工业级的可靠性要求需要进行很多的特殊设计，也大大提高了其应用成本
从结构形式上，PLC可分为整体式和模块式两大类。不论哪种类型的PLC，其基本结构都是相同的
CPU
与通用计算机一样，PLC中CPU也是整个系统的核心部件，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外，还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。
CPU中的控制器控制PLC工作，由它读取指令，解释并执行命令。工作的时序（节奏）则由振荡信号控制。
PLC的结构形式从大的方面来说分为整体式和模块式两大类，另外还出现了内插板式的PLC，也可以看作为模块式PLC。
（1）整体式结构
整体式结构的PLC是把电源、CPU、输入输出、存储器、通信接口和外部设备接口等集成为一个整体，构成一个独立的复合模块，通常微、小型PLC如西门子S7-200和S7-1200系列都是整体式结构。这种结构体积小，安装调试方便。
（2）模块式结构
模块式结构是将PLC按功能分为电源模块、主机模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、机架接口模块、通信模块和专用功能模块等，并根据需要搭建PLC结构。这种积木式结构可以灵活地配置成小、中、大型系统。
从结构上讲，由模块组合成系统有以下4种方法。
浔之漫智控技术（上海）有限公司
本公司是西门子授权代理商自动化产品，全新，西门子PLC,西门子屏，西门子数控，西门子软启动，西门子以太网西门子电机，西门子变频器，西门子直流调速器，西门子电线电缆我公司**供应，德国进口
1）无底板。靠模块间接口直接相连，然后再固定到相应导轨上。欧姆龙公司的CJlM机型就是这种结构，比较紧凑。西门子的S7-300PLC也是类似的结构，这种结构需要采用接线插头连接，如要单独固定时，还需另外定购固定支架。
2）有底板。所有模块都固定在底板上，比较牢固，但底板的槽数是固定的，如3、5、8、10槽等。这个槽数与实际的模块数不一定相等，所以，配置时难免有空槽。这样既造成浪费，又多占空间，甚至有时还得用占空单元把多余的槽覆盖好。西门子的S7-400PLC即是此类。
3）用机架代替底板。所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂，但更牢靠。采用此种组合时，它的模块不用外壳，但有小面板，用于组合后密封与信号显示。
模块式结构的优点之一是用户根据生产要求，可以灵活地配置成小、中、大系统，这种积木式结构可以供用户逐步扩展系统和增加功能；优点之二是模块有密封外壳，既安全又防尘；优点之三是模块采用独立接线方式，安装和维护方便。
4）内插板式。为了适应机电一体化的要求，有的PLC制造成内插板式的，可嵌入到有关装置中。如有的数控系统，其逻辑量控制用的内置PLC，就可用内插板式的PLC代替。它有输入点、输出点，以及通信口、扩展口和编程口等。它可实现PLC所有的功能，但它只是一个控制板，可很方便地镶嵌到有关装置中。