plc有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行(ruin)狀態(tài)與停止(stop)狀態(tài)（在s7-200中還存在team狀態(tài)）。在運行狀態(tài)，plc通過反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使plc的輸出能及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至plc停機或切換到stop工作狀態(tài)。
小型plc的工作過程有兩個顯著特點：一個是周期性順序掃描，另一個是集中批處理。
周期性順序掃描是plc特有的工作方式，plc在運行過程中，總是處于不斷循環(huán)的順序掃描過程中。由于plc的i/o點數(shù)較多，采用集中批處理的方法，可以簡化操作過程，便于控制，提高系統(tǒng)的可靠性。plc的另一個主要特點就是對輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新實施集中批處理。這同樣是為了提高系統(tǒng)的可靠性。
當plc啟動后，先進行初始化操作，包括對工作內(nèi)存的初始化、復位所有的定時器、將輸入／輸出繼電器清零，檢查i/o單元連接是否完好，如有異常則發(fā)出報警信號。初始化后，plc就進入周期掃描過程。
一、掃描工作原理
當plc運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執(zhí)行眾多的操作，但cpu不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于cpu的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，plc外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程稱為plc的掃描工作方式。
用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行。
plc的掃描工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。電器控制裝置采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點不論處在控制線路的哪個位置上，都會立即同時動作；而plc采用掃描工作方式（串行工作方式），如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點不會立即動作，必須等掃描到該時才會動作。但由于plc的掃描速度快，通常plc與電器控制裝置在i/o的處理結(jié)果上并沒有什么差別。
二、plc掃描工作過程
plc的掃描工作過程除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描工作過程中還要完成內(nèi)部處理、通信服務工作。如圖1所示，整個掃描工作過程包括內(nèi)部處理、通信服務、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個階段。整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。掃描周期與cpu運行速度、plc硬件配置及用戶程序長短有關，典型值為1～100ms。
圖1 掃描過程示意圖
在內(nèi)部處理階段，進行plc自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對監(jiān)視定時器（wdt）復位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。
在通信服務階段，plc與其它智能裝置實現(xiàn)通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。
當plc處于停止（stop）狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通信服務工作。當plc處于運行（run）狀態(tài)時，除完成內(nèi)部處理和通信服務工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。
plc的掃描工作方式簡單直觀，便于程序的設計，并為可靠運行提供了保障。當plc掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用， 而且還可通過cpu內(nèi)部設置的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間，避免由于cpu內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)。
三 、plc執(zhí)行程序的過程及特點
plc執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，如圖2所示。
圖2 plc執(zhí)行程序過程示意圖
1．輸入采樣階段
在輸入采樣階段，plc以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。
2．程序執(zhí)行階段
在程序執(zhí)行階段，plc對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時，plc從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。
3．輸出刷新階段
當所有程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里，plc將輸出映象寄存器中與輸出有關的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負載。
因此，plc在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當plc進入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。
在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。
對于小型plc，其i/o點數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度，但使plc工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。
而對于大中型plc，其i/o點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能i/o接口等多種方式。
從上述分析可知，當plc的輸入端輸入信號發(fā)生變化到plc輸出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為plc輸入／輸出響應滯后。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應該注意的是，這種響應滯后不僅是由于plc掃描工作方式造成，更主要是plc輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設計有關。滯后時間是設計plc應用系統(tǒng)時應注意把握的一個參數(shù)。