Factory IO + STEP 7 机器人上下料与传送分拣仿真全流程教程

本教程记录一个完整的虚拟调试项目：用 Factory IO 搭建两条机器人上下料加工单元与十字分拣输送线，用 Siemens S7-200（STEP 7-Micro/WIN V4.0）编写梯形图，经 S7-200/300/400 驱动与 COSAI 端口配置完成通信，实现「上料 → 输送 → 机器人送件 → 加工 → 出料 → 分拣 → 计数」的全流程仿真。

1. 项目概述

整个仿真由三层构成：Factory IO 场景提供设备与物料的三维运动，PLC 程序负责判断与指令，通信驱动把两者连起来。场景里有 2 个加工中心（Lids center 盖体加工中心、Bases center 底座加工中心）、2 台六轴机器人负责上下料、一条主输送线与两条单元支线，以及在十字交汇处用顶升滚轮分拣器（Pop Up Wheel Sorter）把工件分流到左右两条滑槽。

与传统产线不同，这里的 PLC 只管两件事：读传感器（V 区布尔输入）与写执行器（Q 区布尔输出），机器人的抓放动作由 Factory IO 场景内的机器人组件自动完成，PLC 只需通过「开始 / 复位 / 停止 / 出料」等信号与加工中心握手。

1. 系统组成与信号总览

1. 场景分区与物料流向

区域	主要设备	在图中的作用
1 号加工单元	Lids center 加工中心、机器人、传送带11 / 传送带21	机器人从取件位抓取毛坯送入加工中心，加工完成后再取出放到支线
2 号加工单元	Bases center 加工中心、机器人、传送带12 / 传送带22	与 1 号单元结构相同，处理另一类工件
主输送线	传送带1 / 传送带2、入料口1 / 入料口2	把工件从供料端送到两个单元的取件位，入料口传感器即取件位有件检测
分拣交汇区	顶升滚轮分拣器、传送带3、Belt Conveyor (2m) 0 / 5 / 6、出料口1 / 出料口2、两条滑槽	把两个单元送出的工件分流到左右滑槽，并按类型计数

完整物料流：上料器放件 → 主输送线输送 → 取件位（入料口）有件 → 机器人送件进加工中心 → 加工完成出料 → 机器人取出放回支线 → 输送到十字交汇 → 分拣器按来源分流 → 落入滑槽并计数。

1. I/O 地址总表

布尔输入共 9 点，落在 V 存储区（这是 S7-200/300/400 驱动的映射方式，不是 I0.x）：

地址	标签	含义
V0.0	入料口1	1 号单元取件位有件
V0.1	Lids center (busy)	盖体加工中心加工中
V0.2	Lids center (has error)	盖体加工中心故障
V0.3	出料口1	1 号单元出料位有件
V0.4	入料口2	2 号单元取件位有件
V0.5	Bases center (busy)	底座加工中心加工中
V0.6	Bases center (has error)	底座加工中心故障
V0.7	出料口2	2 号单元出料位有件
V1.0	FACTORY I/O (Running)	仿真运行中，可作系统总使能

布尔输出共 15 点，落在 Q 存储区：

地址	标签	含义
Q0.0	传送带1	主输送线入料段 1
Q0.1	Lids center (produce lids)	请求 1 号加工中心出料
Q0.2	开始1	启动 1 号加工中心加工循环
Q0.3	复位1	1 号加工中心故障复位
Q0.4	停止1	1 号加工中心停机
Q0.5	传送带11	1 号单元支线 A
Q0.6	传送带21	1 号单元支线 B
Q0.7	传送带2	主输送线入料段 2
Q1.0	Bases center (produce …)	请求 2 号加工中心出料
Q1.1	开始2	启动 2 号加工中心加工循环
Q1.2	复位2	2 号加工中心故障复位
Q1.3	停止2	2 号加工中心停机
Q1.4	传送带12	2 号单元支线 A
Q1.5	传送带22	2 号单元支线 B
Q1.6	传送带3	分拣输出段

另有 2 个 32 位双字输出，专门把 PLC 里的计数值送回 Factory IO 显示：QD4 对应盖体计数（Lids counter），QD8 对应底座计数（Bases counter）。

1. 控制链路

Factory IO 场景 ⇄ 驱动 ComDrvS7（Siemens S7-200/300/400）⇄ 以太网 192.168.21.113 ⇄ S7-200 CPU ⇄ 梯形图程序。PLC 每扫描一次就把 Q 区写回场景、把场景的传感器状态读进 V 区，因此程序里的逻辑能实时反映成画面里传送带的启停、分拣器的抬升与转向。

1. 分步搭建

1. 步骤 1：在 Factory IO 中搭建场景

1. 新建场景，按「两个加工单元 + 主输送线 + 十字分拣」的布局摆放设备：两台加工中心背向布置，各自带围栏与机器人；传送带组成一条主线和两条支线。

2. 在两条输送线的交汇处安装顶升滚轮分拣器，左右两侧各接一条滑槽，形成两个出料口。

3. 检查每台设备的方向：分拣器的滚轮方向必须与滑槽方向一致，否则工件会被顶偏或卡住。

4. 运行场景，先手动观察工件能否从供料端顺利走到分拣器，确认机械布置没有卡点再开始配通信。

1. 步骤 2：配置驱动与 I/O 点数

打开 Factory IO 的「驱动 / 配置」页面，按下表设置：

项目	设定值	说明
PLC 类型	Siemens S7-200/300/400	对应 ComDrvS7 驱动
主机	192.168.21.113	必须与 PLC 侧 CP243-1 或本机网卡地址一致
网络适配器	Intel(R) Wi-Fi 6 AX203	选实际连到 PLC 网段的网卡
数据类型	DWORD	布尔量按位打包，计数器按 32 位字访问
布尔输入	偏移 0，计数 9	占用 V0.0 ~ V1.0
布尔输出	偏移 0，计数 15	占用 Q0.0 ~ Q1.6
双字输入	偏移 100，计数 0	本工程未用
双字输出	偏移 4，计数 2	QD4、QD8 两个计数器

点数配置决定了后面能编多少东西：只有被分配到地址的标签，PLC 才能控制。这一步是本工程后半段出现「强制」的根因，后文第 6 步会专门处理。

1. 步骤 3：导出标签并建立 STEP 7 符号表

1. 在 Factory IO 的标签表里把每个标签改成中文名（入料口1、出料口1、传送带1…），便于后面写程序时一眼看懂。

2. 用「导出」把标签表导出为 CSV，得到 Name / Type / Data Type / Address 四列。

3. 在 STEP 7-Micro/WIN 的 Symbol Table 中逐条录入（或导入）符号。17 条布尔符号录完后，程序里就能直接写「传送带1」而不是 Q0.0。

Factory IO 导出的标签 CSV，含名称、类型、数据类型与地址

STEP 7 符号表中对应的 17 条符号

符号表的两个细节值得注意：输入全部是 V 区（驱动把传感器写进 V 存储区），输出全部是 Q 区。如果照搬真实硬件的 I0.0 / Q0.0 观念，把输入写成 I 区，程序会永远读不到信号。

1. 步骤 4：设置通信参数并下载程序

在 COSAI 的端口设置里完成两件事：一是串口侧保持 PPI 协议、站地址 2、COM1、9600、9600,E,8,1；二是勾选 CP243-1 以太网模块，把 IP 改为 192.168.21.113，与 Factory IO 的主机地址严格对应。

参数确认后：编译并下载程序到 CPU → 把 CPU 打到 RUN → 回 Factory IO 点运行，观察画面是否随程序动作。第一次联调建议只放一个工件，确认信号链路通了再加量。

1. 步骤 5：读懂已完成的梯形图（Network 1 ~ 5）

本工程已完成 5 个网络的梯形图，核心思路是用「入料口1」这一个信号当作整条线的节拍器，再靠置位指令把各段传送带和加工中心命令拉起来。

网络	逻辑	作用
Network 1	入料口1（常开触点）→ 置位 传送带1、传送带2	取件位一有件，就把主输送线拉起来送件
Network 2	入料口1（常闭）+ 上升沿 → 置位 开始1；同时 T100（10 ms 时基、PT=100，即 1 s）	件被机器人取走的瞬间，给 1 号加工中心一个启动命令
Network 3	同上 → 置位 开始2；T200（100 ms 时基、PT=200，即 20 s）	同时给 2 号加工中心启动命令
Network 4	入料口1（常闭）→ 置位 传送带11、传送带21、传送带3	取件位空了，把 1 号单元支线与输出段拉起来
Network 5	入料口1（常闭）→ 置位 传送带12、传送带22、传送带3	把 2 号单元支线与输出段拉起来

Network 1：入料口1 常开触点触发置位

Network 2：常闭触点 + 上升沿置位开始1，T100 计时 1 s

Network 3：同一节拍置位开始2，T200 计时 20 s

Network 4：取件位空时置位传送带11/21/3

这套逻辑有它的可取之处：常开触点做「有件就送」、常闭触点做「件走了就干」，语义很直观，已验证能让画面动起来。但放到正式流程里，有三个必须补的缺口：

• 节拍过窄：所有网络都挂在入料口1 上，2 号单元没有自己的判断依据，两个单元无法独立工作。

• 只有置位没有复位：S 指令一旦执行，传送带会一直转到断电，缺少停止、堵料、故障工况下的复位路径。

• 握手不闭环：开始1/开始2 置位后没有和 busy、error、出料信号形成闭环，加工中心什么时候出料完全不受控。

1. 步骤 6：补全后半段程序控制

1. 扩充点数：让 8 个执行器拿到地址

1. 驱动配置里把布尔输出计数由 15 改为 23，新增 Q1.7 与 Q2.0 ~ Q2.6 共 8 位，正好对上表 8 个执行器。

2. 布尔输入计数由 9 改为 12，新增 V1.1（加工中心 1 舱门打开）、V1.2（加工中心 2 舱门打开）、V1.3（备用）。

3. 回到标签表，把这 8 个执行器的地址逐一填成上表的新地址，再在 STEP 7 符号表里补上同名符号。

4. 进 Factory IO 标签表，逐条取消强制，确认状态栏不再显示「强制」。

不用担心地址冲突：S7-200 里 Q1.0 指的是输出字节 1 的第 0 位，布尔输出占 QB0 ~ QB2，而双字计数器占 QB4 起与 QB8 起，两者不在同一字节，互不覆盖。

1. 传送带运行逻辑

把原来的「置位即常转」改成按工况持续输出，并用停止位与堵料位做联锁：

传送带	运行条件	停止条件
传送带1 / 2	系统运行 且 两个取件位都无件	任一取件位有件（防堵料）、停止1 有效、仿真未运行
传送带11 / 21	系统运行 且 入料口1 有件	入料口1 无件
传送带12 / 22	系统运行 且 入料口2 有件	入料口2 无件
传送带3、2m 0 / 5 / 6	系统运行	系统停止

1. 分拣判定与动作

十字交汇处分拣器要回答两个问题：这一件从哪个单元来、该往哪边去。本工程用出料口传感器做类型记忆：出料口1 检出工件即记为「1 号单元件 → 左滑槽」，出料口2 检出即记为「2 号单元件 → 右滑槽」，记忆位保持到本次分拣动作完成后清除。

1. 记忆：出料口1 上升沿 → 置位 M0.1；出料口2 上升沿 → 置位 M0.2。

2. 顶升：M0.1 或 M0.2 有效 → 置位 Q2.2（分拣器顶升）。

3. 分流：M0.1 → Q2.3（向左）；M0.2 → Q2.4（向右）。两个方向互斥，避免同时给。

4. 复位：用 T41（100 ms 时基、PT=50，即 5 s）覆盖工件从顶升到离开滑槽的时间，到时复位 Q2.2 ~ Q2.4 与 M0.1 / M0.2，等待下一件。

如果场景里在分拣器入口另有光电传感器，把它接到一个空闲输入（例如 V1.3），把「出料口上升沿」换成「分拣器光电上升沿」触发会更严谨——那是更标准的做法，本工程现有标签里没有这一位，所以用出料口 + 定时保持来等效。

1. 加工中心握手与计数回传

• 启动：取件位由有件变无件（件已被机器人取走）且加工中心舱门已开、不在忙 → 给 开始1 一个置位脉冲；检测到 busy 上升沿立即复位该命令，保证它是一个短脉冲而不是常亮。

• 出料：busy 由 1 变 0（加工完成）→ 置位出料命令 Q0.1，经 T40 延时 0.5 s 后复位。

• 故障：has error 为 1 时持续输出 复位1（Q0.3），故障消失自动撤销。

• 计数：出料口1 上升沿给 VD100 加 1，出料口2 上升沿给 VD104 加 1，再用 MOVD 把两个双字送到 QD4、QD8，场景上的计数器就会实时跳动。

1. 完整程序（可直接照此录入）

下面是补全后的 S7-200 STL 源码，按网络给出，可在 STEP 7-Micro/WIN 的 STL 编辑器里逐段建立，再切回 LAD 查看梯形图。原 Network 1 ~ 5 已被替换为带联锁的版本。

NETWORK 1   // 系统使能：Factory IO 运行即允许输出
LD     V1.0
=      M0.0

NETWORK 2   // 停机指令：仿真未运行时给两台加工中心发停止
LDN    M0.0
=      Q0.4
=      Q1.3

NETWORK 3   // 主输送线：取件位都空时才送件，防堵料
LD     M0.0
AN     Q0.4
AN     V0.0
AN     V0.4
=      Q0.0
=      Q0.7

NETWORK 4   // 1 号单元支线：取件位有件时运行
LD     M0.0
A      V0.0
=      Q0.5
=      Q0.6

NETWORK 5   // 2 号单元支线：取件位有件时运行
LD     M0.0
A      V0.4
=      Q1.4
=      Q1.5

NETWORK 6   // 分拣输出段常转（受系统使能控制）
LD     M0.0
=      Q1.6
=      Q1.7
=      Q2.0
=      Q2.1

NETWORK 7   // 上料器脉冲：T37 定时 3 s，T38 决定 0.2 s 脉宽
LD     M0.0
AN     V0.0
AN     V0.4
AN     T38
TON    T37, 30
LD     T37
=      Q2.5
TON    T38, 2

NETWORK 8   // 两路上料器（Q2.6 与 Q2.5 同步放件，可改延时错开）
LD     T37
=      Q2.6

NETWORK 9   // 启动 1 号加工中心：件被取走 + 舱门已开 + 不忙
LDN    V0.0
A      V1.1
AN     V0.1
EU
S      Q0.2, 1

NETWORK 10  // busy 上升沿复位启动命令，保证是短脉冲
LD     V0.1
EU
R      Q0.2, 1

NETWORK 11  // 加工完成（busy 下降沿）请求出料，0.5 s 脉冲
LD     V0.1
ED
S      Q0.1, 1
LD     Q0.1
TON    T40, 5
LD     T40
R      Q0.1, 1

NETWORK 12  // 1 号加工中心故障复位
LD     V0.2
=      Q0.3

NETWORK 13  // 启动 2 号加工中心
LDN    V0.4
A      V1.2
AN     V0.5
EU
S      Q1.1, 1

NETWORK 14  // busy 上升沿复位启动命令
LD     V0.5
EU
R      Q1.1, 1

NETWORK 15  // 2 号加工中心出料请求
LD     V0.5
ED
S      Q1.0, 1
LD     Q1.0
TON    T42, 5
LD     T42
R      Q1.0, 1

NETWORK 16  // 2 号加工中心故障复位
LD     V0.6
=      Q1.2

NETWORK 17  // 分拣类型记忆：出料口 1 / 2 上升沿
LD     V0.3
EU
S      M0.1, 1
LD     V0.7
EU
S      M0.2, 1

NETWORK 18  // 分拣执行：顶升 + 互斥方向
LD     M0.1
O      M0.2
S      Q2.2, 1
LD     M0.1
S      Q2.3, 1
LD     M0.2
S      Q2.4, 1

NETWORK 19  // 保持 5 s 后复位顶升、方向与记忆位
LD     M0.1
O      M0.2
TON    T41, 50
LD     T41
R      Q2.2, 3
R      M0.1, 2

NETWORK 20  // 双字计数
LD     V0.3
EU
INCD   VD100
LD     V0.7
EU
INCD   VD104

NETWORK 21  // 计数回传 Factory IO 计数器
LD     SM0.0
MOVD   VD100, QD4
MOVD   VD104, QD8

程序要点回顾：系统使能（M0.0）统管所有输出；传送带按工况持续输出而非置位常转；加工中心用置位 + busy 上升沿复位形成短脉冲握手；分拣用出料口上升沿记忆 + 定时复位完成方向判定；计数用双字递增后回写 QD4 / QD8。

1. 步骤 7：联调与验证

1. 先取消全部强制：标签表里 8 条执行器逐个取消，确认状态栏干净。此时若程序未下载，画面会静止——这是正常的，说明强制已不再掩盖逻辑。

2. 编译下载，CPU 打到 RUN，Factory IO 点运行。观察第一件工件：主输送线是否转、到位后是否停、机器人是否取件、加工中心是否启动。

3. 用状态表（Status Chart）在线监视 V0.0 ~ V1.2 与 Q0.0 ~ Q2.6，逐位对照画面动作，哪一位不动就去查对应网络。

4. 放行多件，确认分拣方向不串：1 号单元的件进左滑槽、2 号单元进右滑槽，QD4 / QD8 数值同步增长。

5. 人为制造故障（点击加工中心故障位），确认复位信号输出、故障消失后自动恢复。

验证合格的三个判据：取消强制后画面仍能连续运行；两件工件同向时不会卡在交汇处；两个计数器的总和等于实际落入滑槽的件数。

1. 常见问题排查

现象	原因与处理
画面全静止，状态页显示已连接	布尔输出点数与标签地址不匹配，或程序未在 RUN。核对配置 23 点、检查 CPU 状态灯
程序读到 V0.0 永远为 0	输入被写成了 I 区。此驱动把传感器映射到 V 区，符号表地址必须是 V0.x
传送带启动后停不下来	沿用了 S 置位却没有复位路径。改为按工况持续输出，并串入停止位与堵料位
加工中心不启动	开始命令是常亮而非脉冲，或舱门（Opened）未开。用 busy 上升沿复位命令，并检查舱门信号
分拣器不动或工件顶偏	分拣器三个点仍是强制状态、方向点同时为 1，或顶升时间太短。取消强制、做方向互斥、按工件行走时间整定 T41
计数器不显示	双字输出只配了 1 个点，或没有 MOVD 回写。核对偏移 4、计数 2，并确认 QD4 / QD8 每周期刷新
联调时通时不通	主机 IP 与 CP243-1 不一致，或选了错误的网卡。两处都设成 192.168.21.113，网卡选实际连接的那块

1. 写在最后

这个项目真正要练的不是把画面点动起来，而是建立「传感器 → 判断 → 执行器」的闭环意识：先算清楚场景里有多少输入输出、地址够不够，再谈逻辑；能用持续输出表达的状态，就不要用置位锁死；每一个置位都要想清楚它的复位条件。把这三点做扎实，强制自然就不需要了。