PLC的CPU操作系统用来处理暖启动、刷新过程映像输入/输出、调用用户程序、检测中断事件和调用中断组织块、检测和处理错误、管理存储器、处理通信任务等。CPU有STARTUP（启动）、RUN（运行）和STOP（停止）操作模式，可以通过CPU面板上的状态LED查看当前的操作模式。

PLC的扫描工作过程。PLC上电后，CPU进入STARTUP模式，执行系统程序（内部处理和通信处理）。内部处理包括：①复位过程映像输入区（I区）。

②用上一次RUN模式后的值或替代值来初始化输出。

③执行一个或多个启动OB，将非保持性M存储器和数据块初始化为其初始值并启用组态的循环中断事件和时钟事件。

④将外设输入状态复制到过程映像输入区。

⑤将中断事件保存到队列，以便在RUN模式下进行处理。

⑥将过程映像输出区（Q区）的值写到外设输出。

如果有通信请求，CPU执行通信任务。

如果检查到某些错误，将禁止CPU进入RUN模式，进入STOP模式。在STOP模式下，CPU不执行用户程序，不会自动更新过程映像。

启动阶段结束后，如果没有错误，CPU进入RUN模式。为了使PLC的输出及时响应各种输入信号，CPU反复地执行下列过程（循环扫描过程）：

（1）输入刷新

在输入刷新阶段，PLC的CPU将每个输入端口的状态复制到输入数据映像寄存器（也称为输入继电器）中，程序执行和输出刷新被屏蔽。外接的输入电路接通时，对应的过程映像输入位为二进制的1，梯形图中对应输入点的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入电路断开时，对应的过程映像输入位为二进制的0，梯形图中对应输入点的常开触点断开，常闭触点接通。

在非输入刷新阶段，即使输入状态发生变化，程序也不会读入新的输入数据，这种方式是为了增强PLC的抗干扰能力和程序执行的可靠性。

（2）程序执行

在程序执行阶段，CPU执行一个或多个程序循环OB，首先执行主程序OB1，同时进行逻辑运算和处理（即前一条指令的逻辑结果影响后一条指令），终运算结果存入输出数据映像寄存器（也称为输出继电器）中。在程序执行过程中，输入刷新和输出刷新被屏蔽。

（3）输出刷新

在输出刷新阶段，CPU将输出数据映像寄存器中存储的数据复制到物理硬件继电器。梯形图中某输出位的线圈“通电”时，对应的过程映像输出位为二进制的1。当输出位为二进制的1时，继电器输出型可以使对应的继电器线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。梯形图中某输出位的线圈“断电”时，对应的过程映像输出位为二进制的0。继电器输出型可以使对应的继电器线圈断电，其常开触点断开，使外部负载断电，停止工作。

1.1.3 PLC的分类

PLC按结构可分为整体式和模块式。整体式的PLC具有结构紧凑、体积小、价格低的优势，适合常规电气控制。整体式的PLC也称为PLC的基本单元，在基本单元的基础上可以加装扩展模块以扩大其使用范围。模块式的PLC是把CPU、输入接口、输出接口等做成独立的单元模块，具有配置灵活、组装方便的优势，适合输入/输出点数差异较大或有特殊功能要求的控制系统。

PLC按输入/输出接口（I/O接口）总数的多少可分为小型机、中型机和大型机。I/O点数小于128点为小型机；I/O点数在129～512点为中型机；I/O点数在512点以上为大型机。PLC的I/O接口数越多，其存储容量也越大，价格也越贵，因此，在设计电气控制系统时应尽量减少使用I/O接口的数目。

西门子S7-200系列属于整体式的小型PLC，S7-300系列属于模块式的中小型PLC，S7-400系列属于模块式的大型PLC。

S7-300 PLC常用模块有电源模块PS、CPU模块、接口模块IM、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO、功能模块FM、通信模块CP等。

①电源模块PS将AC 120V/230V电压转换成DC24V电压，供S7-300、传感器和执行器使用。常用的电源模块有PS307，额定输出电流为2A、5A、10A。

②CPU模块是控制系统的核心，大致分为以下几类。

a.紧凑型CPU：CPU 312C、CPU 313C、CPU 313C-PtP、CPU 313C-2DP、CPU 314C-PtP和CPU 314C-2DP。各CPU均有计数、频率测量和脉冲宽度调制功能，有的还具有定位功能。

b.标准型CPU：CPU 312、CPU 313、CPU 314、CPU 315、CPU 315-2DP和CPU 316-2DP。