物流系统是现代生产制造系统中非常重要的组成部分，自动化仓库系统也成为现代生产中的物流中心，但大型的自动化仓库系统由于控制复杂，价格昂贵等特点，在中小型企业的小批量生产中很难推广，小型自动货架系统则应运而生了，本文以FX－2N系列可编程控制器为例，介绍了PLC在小型自动货架中的应用，这种以PLC控制的自动货架具有结构简单、控制容易和较高的性价比受到用户的青睐，取得了较好的经济效益，特别是配以组态软件，可构成上位机监控系统，可以完成复杂逻辑控制，并进行实时监控和灵活组态。
1小型自动货架组成及工作原理小型自动货架主体由货架、运动机械部分和电气控制部分组成，货架设立5列（从左至右）4层（从上至下），共20个货位，货架结构如所示。运动机械部分由Z方向自由度模块和机械手组成，电气部分由X方向电机、Y方向电机、位置检测和安全保护装置组成。
其中，X、Y方向自由度由步进电机控制，Z方向自由度由一个双作用气缸组成，机械手由一个气动夹爪组成，机械手对货位的精确定位是由在每一个货位边装有X、Y方向的限位开关确定；而由于步进电机在运转时转速较高，且在停止时惯性较大，则在电机输出轴上安装了蜗轮蜗杆减速器，降低转速，从而减小机械手的惯性，并在X、Y方向运动的传动带采用多楔带，这样能够达到准备定位的目的。同时，为了增强系统的稳定性和可靠性，在X、Y方向都装有限位开关和行程开关。
具体动作过程如下：①工件由外部传送带送至机械手位置原点；②机械手位置上的传感器检测到工件进入时，机械手实行抓工件；③X、Y方向电机运转，将工件送到指定目标位置，该货位传感器检测到工件进入后，传送电机停止；④Z方向气缸伸出，然后机械手实行放工件；⑤Z方向气缸回原点，X、Y方向电机回原点，等待下一个工件。
2电气控制系统设计（1）小型自动货架系统的气动控制回路如图2所示，1B气缸实现Z方向的运动，2B气缸实现机械手的动作，两个气缸都采用单活塞杆双作用气缸，气源气压不超过8bar，使用二位五通电磁换向阀来控制气缸的双向运动，该系统采用先进的阀岛技术，以减少能源消耗，简化结构，有效提高气动系统的效率，并可手动控制气缸的运动，气缸的速度调节通过节流阀来控制，选择合适的速度，从而达到精确定位。
（2）PLC采用FX－2N48MT，输入为24点继电器接点，输出为24点能够满足控制要求；PC机作为PLC的上位机，通过RS485与PLC进行通信；外围有操作按钮、指示灯、行程开关、限位开关和电磁阀等设备。
（3）软件设计，进行自动控制的程序有存放工件程序、取工件程序、意外处理程序、空缺位置判断和查找子程序，下面以存放工件为例，分析其工作基本和步骤和流程框。
基本步骤：外部发出存放工件信号。
①根据检测系统进行检测，若检测到合格工件，则将工件送到货架系统原点；②若工件到达原点位置，则机械手实行抓动作，并延时2s，延时的目的是保证机械手能够抓牢工件，然后通过步进驱动器驱动X、Y方向步进电机转动，将工件送到指定位置，当碰到指定位置上的X、Y方向的限位开关，两个电机就停止动作；③根据数据库的位置数据，查找该位置是否已经有工件，若该位置已满，则在数据库中查找空缺位置，然后再通过步进驱动器驱动X、Y方向步进电机运动到该位置；④若在X、Y方向已到达指定目的位置，则Z方向气缸伸出，当碰到Z方向的“前”限位开关时，气缸停止前进，机械手实行放工件，并延时2s；⑤Z方向气缸缩回，当碰到Z方向的“后”限位开关时，气缸停止后退；⑥X、Y方向电机往原点方向运动，当碰到原点的X、Y方向限位开关时，两电机停止，准备下一步动作。
若在运动过程中发生意外情况，则启动意外处理程序，进行原点复位动作。同理，若外部发出取工件信号，步骤与存工件类似，在这里就不叙述了。存工件程序框图如所示。根据各程序框图，考虑整个系统动作的协调性、安全性以及各个动作间的自锁、互锁，编制PLC程序。
3监控系统设计为了便于对小型自动货架进行操作控制、参数的设置，对货架的信息进行实时显示，选用组态王工业监控组态软件6.51作为货架系统的上位机软件开发平台，该软件是运行于Microsoft Window98＼2000＼NT＼Vista版本的一种工业监控组态软件，它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术于一身，包括动态显示、报警、趋势、控制策略和通信等组件，提供一个友好的用户界面，使用户可根据实际需要生成相应应用软件，组态王工业监控组态软件可以用清晰准确的画面描述货架的各个部分的运行情况，动态显示各设备的操作状态、货物的运动位置；设定监控和报警信号；显示实时趋势曲线和历史趋势曲线；实时监控货架系统运行情况，方便了管理人员对货架系统的管理和维护，极大的提高了系统的稳定性和可靠性。
该系统的设计和实现如所示。
4结束语采用组态软件开发小型自动货架系统的上位机控制软件，实现了远程实时监控和管理；PLC作为下位机执行可靠有效的控制，系统结构简单，可靠性高，自动化生产过程中应用也越来越广泛。