PLC的工作原理可以概括為輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段。
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。
在程序執行階段，PLC按照用戶程序指令存放的先后順序掃描執行每條指令，從輸入映象寄存器和其它軟元件映象寄存器中將有關編程元件的通/斷狀態讀出，根據用戶程序進行邏輯運算，運算結果再存入有關的寄存器中。
在輸出刷新階段，當所有指令執行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態，在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器，通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。
例如，在一個自動化生產線上，傳感器將生產線上的信號（如產品到位信號、檢測信號等）作為輸入傳遞給 PLC 的輸入端口，PLC 在輸入采樣階段獲取這些信號。然后，在程序執行階段，根據預先編寫好的控制程序對這些輸入信號進行邏輯運算和處理。在輸出刷新階段，將處理結果通過輸出端口輸出，控制執行機構（如電機、氣缸、指示燈等）執行相應的動作。
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