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PLC结构图中，左右两侧为设备实体，当按下触点或者按钮时，输入区数据变化，PLC程序执行时首先读入输入区数据，经过逻辑处理，输出到输出区，触发相关联的线圈等实体做出动作，进而控制实体设备（如线圈得电后，继电器上的触点变化，改变电路状态）
PLC的CPU中有两类程序：
1、 一类是操作系统，它由PLC的厂家设计并在出厂前固化到CPU中；
2、 另一类是用户程序，它是由编程人员根据实际需要设计的、完成特定功能的程序；
操作系统预留一些接口（Interface）给用户程序。通过这些接口，操作系统可以控制用户程序的执行。一般有两种接口：主程序接口和中断程序接口。
- 主程序接口是正常情况下用户程序运行的起点。PLC的这种设计思想与计算机编程是一样的。我们知道，在C语言的编程中，程序的运行起始于Main函数。在Main函数中，按照从上到下的顺序依次执行代码。Main函数是操作系统执行用户程序的接口。在西门子S7-300/400系列PLC中，程序的运行起始于组织块OB1。OB1就相当于C语言的Main函数；在S7-200 smart中，更是直接把OB1称为Main块。如果程序比较复杂，还可以把一些常用的功能设计成模块，以便重复利用。这些小的模块称为子程序。子程序存在于主程序中，操作系统通过调用主程序，就能让子程序也得到运行。在S7-300/400中，子程序包括FB和FC。
- 除了主程序接口，PLC还提供中断程序的接口。比如S7-300/400系列PLC的组织块OB35（循环中断）、OB40（硬件中断）、OB82（诊断中断）、OB122（IO访问故障中断）等等。中断程序接口中的程序，称为“中断处理程序”，中断处理程序由用户自己编写。PLC在运行的过程中如果检测到中断请求，操作系统会暂停当前用户程序的执行，转而去寻找中断程序的接口，以执行相应的中断处理程序。以S7-300/400为例：当PLC检测到外围IO访问出现故障时，会调用OB122来进行处理。如果此时程序中没有添加OB122，CPU将会停机；如果添加了OB122但是没有写任何代码（没有中断处理程序），CPU将会继续运行，但是SF灯会亮起，以提示系统存在故障。中断的执行是有优先级的，优先级高的中断会被优先响应；中断也可以嵌套，这也意味着高优先级的中断会打断低优先级的中断；
从上面描述的主程序接口及中断程序接口，我们可以看出：操作系统是PLC的大管家，是它控制着用户程序的执行及中断的响应。其实，PLC的操作系统在执行用户程序之前，还要做一些其它工作，如下图：
PLC在冷启动或热启动后，会执行启动扫描。在这个步骤中，可以对一些变量进行初始化。启动扫描仅在每次启动后执行一次，在S7-300/400系列PLC中，OB100（暖启动）、OB101（热启动）和OB102（冷启动）是用于启动扫描的组织块。
1、输入处理
可编程控制器在执行程序前，将可编程控制器的所有输入端子的ON/OFF状态读入输入映像区，程序执行过程中即使输入发生变化，输入映像区的内容也不会变化，在执行下一个循环的输入处理时读取该变化。这里要注意，仅读取数字量输入信号，不包括模拟量输入信号。当数字量输入信号的状态读取到输入缓存区后，便开始执行用户程序。
2、程序处理
plc根据程序内存中的指令内容，从输入映像区和其他软元件的映像区中读出各软元件的ON/OFF状态，然后从0步依次开始运算，并将每次得出的结果写入到映像区中。因此，各软元件的映像区随着程序的执行逐步改变其内容，此外，输出继电器的内部触点根据输出映像区的内容而执行动作。在用户程序执行的过程中，如果需要数字量输入信号，CPU将会从输入映像区中读取，而不是到外部设备去获取信号。但是，如果需要模拟量输入信号，将会直接到外部模拟量传感器进行读取。
将数字量输入信号读取到输入映像区中有以下几个好处：
- 在当前的扫描周期中，信号的值被固定。外部的信号抖动不会干扰程序的执行结果；
- 输入映像区读取的速度比直接读取外部信号值要快的多，有利于程序的快速执行；
- 外部的数字量输入信号只能以“位（bit）”的方式进行访问，但是当信号读取到输入映像区后，可以“位（bit）”、“字节（byte）”、“字（word）”和“双字（double word）”等方式进行访问，程序的编写更加灵活；
3、输出处理
所有指令执行结束后， ON/OFF状态会传送至输出锁存内存，这个就作为可编程控制器的实际输出。对于数字量输出信号，用户程序执行的结果被存放在输出锁存内存（output image）中。当用户程序执行完成后，操作系统将存放在输出锁存内存的运算结果，刷新到数字量的输出模块中。对于模拟量的输出，不存放到输出锁存内存，而是会在程序执行的过程中直接将结果输出到外围设备中。
执行以一次动作所需要的时间就是运算周期也叫扫描时间.
