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与一般微型计算机一样，CPU的主要功能如下所述。从存储器中读取指令：CPU根据地址总线上给出的存储器和控制总线上给出的读/写命令，从数据总线上得到读出的数据和指令，并放到CPU内的指令寄存器中。执行指令：对存放在指令寄存器中的指令操作码进行译码、操作。顺序读取指令。处理中断：CPU在顺序执行程序时，还能接收I/O接口发来的中断请求，转入中断服务程序的首地址，进行中断处理；中断处理完毕后，返回原地址，继续顺序执行。
在系统程序支持下，CPU的主要任务如下。PROG方式，接受编程器传送的用户程序和数据，并存入用户存储器和数据存储器。用扫描方式接受输入端子的状态和数据，并存放到输入寄存器或数据寄存器中。诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程中的语法错误。RUN方式下，从存储器逐条读取用户程序，执行指令动作，得出相应的控制信号驱动相关电路。2）存储器存储器是具有记忆功能的半导体器件，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他信息。存储器一般由存储体、地址译码电路、读/写控制电路和数据寄存器组成。
根据存放信息的性质不同，在PLC中常使用的存储器的类型如下所述。
（1）只读存储器ROM。只读存储器的内容由PLC制造厂家写入，并*固化，PLC掉电后，ROM中内容不会丢失。用户只能读取，不能改写。ROM常用于存放系统程序。除了ROM，还有可擦写、可编程的只读存储器EPROM、E2PROM。
（2）随机存储器RAM。又称可读/写存储器。信息读出时，RAM中的内容保持不变；写入时，新写入的信息覆盖原来的内容。它用来存放既要读出，又可以写入的内容。RAM常用于存储用户程序、逻辑变量和其他一些信息。掉电后，RAM中的内容不再保留，为了防止掉电后，RAM中的内容丢失，PLC使用锂电池作为RAM的备用电源，在PLC掉电后，RAM由电池供电，保持RAM中的信息不消失。3）输入/输出接口（I/O模块）输入/输出接口通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块I/O模块按照信号的形式分为开关量输入（DI）、开关量输出（DO）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO），按照供电形式可分为直流型和交流型、电压型和电流型，按功能可分为基本I/O模块和特殊I/O模块。下面介绍基本I/O模块
（2）控制容量
PLC的控制容量就是在I/O扫描期间，处理器将完成内务处理和离散数据传送两项工作。内务处理时间（一般不大于4.5ms）包括处理器的内部：用输出映像表数据刷新处理器基本框架上驻留本地I/O输出模块； 用输出映像表的数据刷新远程I/O缓冲区；用处理器基本框架内的I/O输入状态刷新输入映像表；用存放在远程I/O缓冲区的远程I/O输入状态刷新输入映像表。在完成内务处理之后，处理器将进行扩展本地I/O框架（如果存在）的较初的PLC只是一些简单的开关量逻辑控制器件，其控制数目有限，只有基本的输入/输出及程序控制指令，编程设备也很简陋。但可编程序控制器发展到现在，不仅其I/O能力大大增强，且实现了对模拟量的各种控制，其指令系统也得到了充分的发展，变得相当完善。如S7-300系列可编程序控制器的指令系统包括继电器指令、定时器和计数器、计算指令（包括三函数、指数、幂运算等）、数据转换、诊断、移位寄存器、比较、数据传送、顺序器、立即I/O、程序控制和PID控制，以及顺序功能流程图指令等，是指令功能较强的可编程序控制器之一。
在可编程序控制器不断发展、指令功能不断增强的其开发手段也从早期的*编程设备移到计算机上进行；计算机开发环境也从DOS转到Win98//XP/NT上，从而变得*加易于使用。除编程软件外，还有仿真软件，这使PLC的开发、调试扫描：扩展本地I/O的离散数据在处理器数据映像表和扩展本地I/O框架中的I/O之间进行交换；扫描扩展本地I/O框架所需要的时间加上内务处理时间就是总的I/O扫描时间。中断源先后排队顺序问题。在可编程序控制器系统中，中断源的信息是通过输入点而进入系统的，可编程序控制器扫描输入点是按顺序进行的，中断源的先后顺序随它们占用的输入点编号的前后就自动排了顺序，在分配输入点时考虑一下中断源的主要性就可以解决中断源的排队问题。系统接到中断申请后，顺序扫描中断源，可能只有一个中断源申请中断，也可能有2个或多个中断源提出中断申请。系统在扫描中断源的过程中，就在存储器的一个特定区建立起“中断处理表”，按顺序存放中断信息，中断源被扫描过后，中断处理表亦建立完毕，系统就按照该表顺序先后转至相应的中断子程序入口地址。
在可编程序控制器系统中，中断程序的编制与一般微机系统基本一致。允许中断、禁止中断指令的使用，中断源与中断服务程序的对应关系等都是一样的，稍有不同的地方是：
①在可编程序控制器系统中，多中断源可以有**顺序（已指出可以通过占用输入点号来排队），根据处理器类型的不同可分为有嵌套关系和无嵌套关系两种，即中断程序执行中，如果系统处于允许中断的状态，若有新的中断发生，可以入、输出、编程器、通信单元及自诊断等，都实行循环扫描。对中断信号的响应也不限于用户程序的执行阶段，而是在循环扫描周期的各个阶段。那么，系统CPU是否也和一般微机系统CPU一样，在执行每一条指令结束时去查询有无中断申请呢?在可编程序控制器系统中，不是在每条指令执行结束后查询，而是在相关的程序块结束后查询中断申请，如有中断申请，则转入执行中断服务程序。如果用户程序是以块式结构组成的，则在每块结束或实行块调用时处理中断，
中断时间的决定因素有哪些?它应该包括：
①等待响应时间t1。从外界中断源发出中断申请信息，到主CPU正在执行的程序块结束，CPU开始查询中断申请的时间。它与有关程序块的长短与中断申请发生的时刻有关，是一个在小范围内变化的随机量。
② 中断信号读入处理时间t2。从CPU查询出有中断申请至查清中断源并读入的时间。
数字采样控制系统中，在采样周期对变量的处理仍然是顺序执行程序，由于输入信息是从现场瞬时采集来的，输出信息又是在程序执行后瞬时输出去控制外设的，可以认为实际上恢复了系统对被控变量控制作用的并行性。
I/O映像区的建立，是PLC工作时只和内存有关地址单元内所存信息状态发生关系，而系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态，这时的控制系统已经远离实际控制对象，这一点为系统的标准化生产、大规模生产创造了条件。4.输入/输出操作
PLC的工作方式是循环扫描执行用户程序。由于建立了输入/输出映像区，执行程序时系统工作只涉及充当映像区的存储器区，只是在扫描周期的适当时刻，在操作系统的组织下将输出映像区的信息全部倾卸给外设，也由所有外设读入信息。这种周期性地与外界交换信息，对一般外设是可以满足要求的。随着PLC功能的扩展，特别是许多特殊功能单元、智能单元被当作I/O外设以及中断控制的利用等，对响应的及时性，提出了新的要求。正常的周期性的输入/输出交换信息就满足不了要求。例如，某中断源提出中断申请被响应后机器就转向执行中断子程PLC的内部控制电路（即编制PLC控制程序）时使用。
（2）内部控制电路
这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。PL要使程序循环扫描一次的时间短，*和每条指令的执行时间长短有关，和程序中所用指令类型及包含指令的条数的多少有关。前者主要和机器的主频即时钟的快慢有关，机器选择确定之后，它在PLC系统中，决定被控制变量状态的逻辑关系组成因素多来自生产系统现场。为了执行控制程序，从现场这些信息的方式有两种：
①随着程序的执行需要哪一个信息，就到生产现场去该信息，这样到的信息是实时的，采集时间可能略长。同一因素信息，由于的时间不同，其状态可能会有所不同。②定时采集。在每一循环扫描周期内定时（一般定在扫描周期的开始或结束）将现场全部有关信息到控制器中，存放在系统准备好的一定区域——随机存储器的某一地址区，称为输入映像区，对应等效工作电路的输入继电器线圈。执行用户程序所需现场信息都在输入映像区取用，而不直接到外设去取也随之而定；后者则和被控系统的复杂程度，以及程序编制者的水平有关。
从程序执行的度希望循环扫描一次用户程序的时间要短，从用户的度又希望时间尽量长，这一长与一短**统一，**统一在一个循环扫描周期的时间不改变形成变量逻辑关系各因素的状态。由于这些信息因素多来自继电器触头状态的变化，一般确定循环扫描周期的时间约为100～200ms。为了适应用户程序长度的要求，还可以从形成用户程序所用指令的选择上来节约时间。C程序一般用梯形图形式表示。而梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，PLC程序中的常开、常闭触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。
在PLC内部还设有定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等继电器控制系统没有的器件，它们的线圈及常开、常闭触点只能在PLC内部控制电路中使用，而不能与外部电路相连。
（3）输出部分
这部分的作用是驱动外部负载。在PLC内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器（有继电器、双向硅、晶体管三种形式），它也有无限多由软件实现的常开、常闭触点，可在PLC内部控制电路中使用；但对应每一个输出端只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载。外部负载的驱动电源接在输出公共端（L）上。
在使用PLC时，可以把输入端等效为一个继电器线圈，其相应的继电器接点（常开或常闭）可在内部控制电路中使用，而输出端可以等效为内部输出继电器的一个常开触点，以驱动外部设备。2.PLC的工作过程
在计算机程序执行中有一种查询方式结构，专门查看某一变量条件的满足情况的，并据此决定下一步的操作。现在要查看的已不是某一变量的条件，而是多个变量的条件，像查询一个变量的条件那样等待查询已不能满足要求，我们采用对整个程序巡回执行的工作方式，也称循环扫描，就是说用户程序的执行不是从头到际温度值，便于监视。温度模块与模拟量输出模块配合使用，可实现温度自动控制，其工作原理如下。
（1）热电阻测温与热电阻相比，热电偶具有结构简单、测量范围宽、响应速度快等特点， 无须测量电路就能直接将温度的变化转化成输出电压的变化。但热电偶的稳定性不如热电阻，当被测温度较低时输出的热电势较低，此时因自由端温度变化等因素引起的误差就显得很**。热电偶一般多用在中高温区测温。4.位置模块位置模块中的处理器是专门执行定位程序，控制脉冲发生器发出的脉冲数及频率的，它一方面通过总线及接口电路与PLC的主CPU频繁交换信息，另一方面又通过I/O连接器接受外部开关量输入及输出脉冲，并根据PLC发出的控制指令和接收到的外部输入信号，在主CPU的指挥管理下执行具体的定位算法等，这样就*大地减轻了主CPU的负担，节省了时间。但位置模块不能独立于PLC之外工作，它还是作为PLC的一个智能模块，占用相应的I/O地址。5.高速计数模块
由于PLC是按周期扫描的方式工作的，对于高频变化的输入信号（周期小于扫描时间），PLC往往来不及响应，这样将会造成系统工作不正常。高速计数模块正是为了解决这一困难而制造的智能*响应模块，它直接连接旋转编码器或增量编码器等高速脉冲源，用以实现定位、位移测量和转速测量等。

远程I/O系统是一种独立的与程序扫描不同步的扫描。远程I/O扫描从远程I/O缓冲区取输出数据送给输出模块，并将来自输入模块的输入数据放入远程I/O缓冲区；CPU在I/O扫描期间，再与远程I/O缓冲区进行输入和输出映像表数据的交换。
机器在正常运行状态下，每一个扫描周期都包含I/O扫描与用户程序扫描（逻辑扫描），而这两个过程在机器运行过程中所用的时间往往是可变的。特别对程序中有条件调用和子程序调用等情况，程序中指令数目难于确定，通常用执行1000条指令的时间（大约1～10ms/k指令）来衡量PLC的运行速度。I/O容量，也叫I/O能力，通常以离散量（数字量）个数计。不同的PLC的I/O容量的差别很大，一些微型的PLC的I/O能力在20点以下，而大型PLC的I/O能力可达10KB以上。由于I/O容量大小与存储容量的大小基本一致，生产厂家在生产PLC时，常以I/O容量的大小来设置不同的存储器容量。I/O模块、数据存储器与程序存储器之间的关系
（3）循环扫描周期
PLC 扫描周期也叫处理器扫描时间。通常将输入扫描与输出扫描合称为 I/O 扫描，处理器扫描时间为 I/O扫描与程序扫描（逻辑扫描）之和。I/O扫描时间是指处理器把其输出映像表中的数据写到输出模块和把输入数据从输入模块读到处理器输入映像数据表的时间。当处理器完成了系统中所有的I/O刷新后，就开始逻辑扫描。逻辑扫描是执行用户程序的时间，程序指令对某些条件进行检查并将该条件与输入映像表中的位相比较。如果映像表中的位与被检查的条件相符，则逻辑为真，处理器就刷新输出映像表中相应的位，这个过程将连续不断地进行，直至执行到逻辑扫描的结束语句为止。这时开始I/O扫描。息的状态及中断程序执行的结果无关，要想多运行几次中断子程序，

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