1.3 PLC的工作原理与性能指标
1.3.1 PLC的基本工作原理
一般来说，当PLC开始运行后，其工作过程可以分为输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。完成上述三个阶段即称为一个扫描周期，如图1-1所示。
图1-1 PLC的扫描工作过程
1.输入采样阶段
PLC将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。在程序执行阶段或输出刷新阶段，输入元件映像寄存器与外界隔绝，无论输入信号如何变化，其内容均保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才将输入端的新内容重新写入。
2.程序执行阶段
PLC根据最新读入的输入信号，按先左后右、先上后下的顺序逐行扫描，执行一次程序。结果存入元件映像寄存器中。对于元件映像寄存器，每个元件（除输入映像寄存器外）的状态会随着程序的执行而发生变化。
3.输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态（“1”或“0”）在输出刷新阶段被转存到输出锁存器中，再通过一定的方式输出驱动外部负载。
1.3.2 PLC的扫描工作方式
PLC的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。PLC 控制器程序的执行是按照程序设定的顺序依次完成相应的电器的动作，PLC采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令，开始新的一轮扫描，PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描。
如图1-2所示，从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按照程序存储的地址序号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束；然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。
PLC工作时的扫描过程包括5个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描周期的时间长短与用户程序的长短和扫描速度有关。
在内部处理阶段，CPU检查内部各硬件是否正常，在RUN模式下，还要检查用户程序存储器是否正常，如果发现异常，则停机并显示报警信息。
在通信处理阶段，CPU自动检测各通信接口的状态，处理通信请求，如与编程器交换信息、与计算机通信等。在PLC中配置了网络通信模块时，PLC还将与网络进行数据交换。
在PLC处于停机状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于运行状态时，除完成内部处理和通信服务的操作外，还要完成输入扫描、程序执行和输出处理。
图1-2 PLC的扫描工作方式
1.3.3 PLC的输入/输出原则
根据PLC的工作原理和工作特点，可以归纳出PLC在处理输入/输出时的一般原则如下。
① 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一刷新周期的接通和断开状态。
② 程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。
③ 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。
④ 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。
⑤ 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。
1.3.4 PLC的性能指标
PLC目前相关产品种类繁多，厂家竞争激烈。用户可以根据控制系统的要求来选择不同技术性能指标的PLC。PLC的技术性能指标主要包括以下几个。
1.I/O点数
PLC 的 I/O 点数是指外部输入/输出端子数量的总合，又称主机的开关量 I/O 点数。I/O点数是描述PLC大小的一个重要参数。
2.存储容量
PLC的存储器由系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常是指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表示系统提供给用户的可用资源。存储容量是选择PLC的一项重要技术指标。
3.扫描速度
PLC采用循环扫描方式工作，扫描速度与扫描周期成反比。而影响扫描速度的主要因素除了用户程序长度外，还取决于PLC产品的性能。PLC的CPU类型、字长等都直接影响PLC的运算精度和运行速度。因此，扫描速度也是选择PLC的一项重要技术指标。
4.指令系统
指令系统是指PLC所有指令的总和。PLC的编程指令越多，软件功能就越强，但是掌握应用也就越复杂。用户应根据实际控制要求来选择合适的指令功能的PLC，并不是越强大越好，而应本着适用的原则来选择。
5.可扩展性
小型PLC的基本单元（主机）多为开关量I/O接口。各厂家在PLC基本单元的基础上大量发展模拟量处理、高速处理、温度控制、变频器、通信等职能扩展模块。厂家所能提供备选的职能扩展模块多少及其性能也是衡量PLC产品性能的指标之一。
6.通信功能
通信功能包括PLC之间的通信和PLC与计算机或其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容。PLC的组网通信能力也已成为衡量PLC产品性能的重要指标之一。
7.基本物理性能指标
基本物理性能指标包括：PLC的外形尺寸、重量、保护等级、适用温度、相对湿度、大气压等性能指标参数。这些参数也是选择PLC的重要指标，选择原则还是根据实际工程需要，本着适用的原则来选取。