CODESYS 应用实践 - 轴（一）
环境：CODESYS V3.5 SP22 ｜ 运行目标：CODESYS Control Win V3 x64 仿真
概述
上一课搭了最小的上下位机闭环：那三根轴是手搓的——FB_SimAxis 自己解析命令、自己爬位置；动作是真的，轴是假的。
这一课认识真轴。
轴是什么
先从运动控制说起，维基百科对运动控制的定义：
运动控制是自动化技术的一部分，是指让系统中的可动部分以可控制的方式移动的系统或是子系统。
机床工作台、机械臂关节、传送带——都是某个自由度上的"动"。把一个既可动又可控的自由度封装成工程单元：能命名、能读状态、能下指令，就是轴。
前面定义里埋着两个字——动，控。
谁动？谁控？
动与控
动——区别开来；控——代入进去。
| 动 | 控 | |
|---|---|---|
| 是什么 | 驱动器、电机、机械 | 控制器、程序 |
| 入什么 | 能量 | 信息 |
| 出什么 | 运动 | 指令 |
动是硬的，控是软的；这种思想很通用，无论是软件控制硬件，弱电控制强电，都是这种套路的落地。
当然，不能将软硬两个世界强行“焊”在一起，要让它们各自独立，各自变化。
在控制中，将轴封装——动的那侧封装成物理轴，控的那侧封装成逻辑轴。
物理轴与逻辑轴
- 物理轴＝"动"侧的封装：驱动器 + 电机 + 编码器（+ 机械）
- 逻辑轴＝"控"侧的封装：程序里的轴对象，物理轴在软件里的"代理"
中间靠映射绑定：一个逻辑，一个物理。（名实结合）
CODESYS 里，这对封装长这样：
- 设备树里挂一个驱动设备——现场伺服等，这是"实"；
- 添加设备时自动生成一根轴变量（如
Drive_X : AXIS_REF_SM3）——这是"名"； - 程序用名控实。
有了逻辑轴了。怎么用呢？
跟轴打交道
使用面向对象的套路：属性表状态，方法给操作。
- 属性＝实际位置、实际速度、轴状态——读取；
- 方法＝功能块（MC_ 开头），第一参数都是轴——调用。
这套功能块是软件侧的统一语言：PLCopen（标准协议，在 CODESYS 中是 SM3_Basic 库）。不管底下是什么驱动器，程序说的都是这一套语法：
| 功能块 | 干什么 |
|---|---|
MC_Power |
使能/断使能，一切运动的前提 |
MC_Home |
回零 |
MC_MoveAbsolute |
绝对定位 |
MC_MoveRelative |
相对定位 |
MC_MoveVelocity |
恒速运行 |
MC_Stop |
停止；Execute 保持期间锁定，别的指令进不来 |
MC_Halt |
停止；停稳后可被新指令接管 |
MC_Reset |
复位故障 |
MC_ReadActualPosition |
读当前位置 |
这些MC块都是异步的，他们有一套公共的模型
Execute 上升沿启动；Busy 表示执行中；结束时 Done / CommandAborted / Error 三选一，互斥
在运动控制领域，要学会看上面这种时序图。比如 Busy 和 Execute：Busy 由块内部状态机置位，可能比 Execute 晚一拍才起来——写程序别假设它们同拍。
软件侧统一了。可逻辑轴底下挂的驱动器是万国牌——各有各的参数表、各有各的方言。要对它们统一控制，设备侧也得有一种统一语言。
轴协议：CiA 402
CiA 402，就是驱动器界的一种普通话。
它跑在通信协议之上：通信协议管"字节怎么传"，402 管"字节什么意思"。
它有三个支柱：
- 状态机——驱动器的生命周期：上电→就绪→使能；故障→复位
- 控制字/状态字——一来一往的握手：控制器发令，驱动器回报
- 操作模式——干哪种活：定位 PP / 调速 PV / 回零 / 同步 CSP
上图是驱动器的生命周期，其中比较重要的是使能运行（OperationEnabled），简称为OP。一般来说，驱动器已经 OP 了，可以开始干活了。
在 CODESYS 中，SoftMotion 是中间的翻译：程序说 PLCopen，驱动器听 CiA 402——往下它把运动指令变成控制字与周期设定值，往上把状态字变回轴的属性与状态。
（虚拟轴 SM_Drive_Virtual 模拟的是这套状态语义和 MC 块的行为——运动、打断、状态切换都是真的；但它不走总线，控制字/状态字的字节级握手在虚拟轴上观察不到。）
合起来
三处交界，三份契约：
- PLCopen：程序 ↔ 轴（怎么用）
- 映射：逻辑 ↔ 物理（接到哪）
- CiA 402：控制器 ↔ 驱动器（说什么）
契约各守各的：任何一侧被替换，另一侧不动——换驱动器，不改程序：
Demo
在上一课的架子的基础上，加三根轴 X/Y/Z，把假的换成真的——FB_SimAxis 换成 SoftMotion 轴。
架构：只换一处
对比上一课的架构图：FB_SimAxis ×3 → MC 功能块 + 虚拟轴。命令帧、状态帧、上位机——一行不动；GVL 里多出的，只是设备自动生成的三根轴变量。
搭轴
- 设备树添加三根 SoftMotion 虚拟轴
SM_Drive_Virtual，设备名取Drive_X / Drive_Y / Drive_Z，对应上一课的 X/Y/Z； - 各自自动生成轴变量
Drive_X/Y/Z : AXIS_REF_SM3； - 登录仿真器，下载，运行。
核心改动：命令帧 → MC 功能块
调度骨架不动——新命令仍走"校验 → 分发"，状态仍由 PRG 每周期发布；动的只是轴的调法。
每根轴一套功能块。 MC 块内部有状态，不能三根轴共用：
fbPower : ARRAY[1..3] OF MC_Power; // 使能，常驻
fbMove : ARRAY[1..3] OF MC_MoveAbsolute; // 绝对定位
fbHalt : ARRAY[1..3] OF MC_Halt; // 停止
aCmd : ARRAY[1..3] OF ST_AxisCmd; // 命令槽：装弹 + 给沿
// 轴变量 Drive_X / Drive_Y / Drive_Z：添加设备时自动生成，全局按名直接访问
// （实类型 AXIS_REF_VIRTUAL_SM3，AXIS_REF_SM3 的子类型）
电平命令 → 沿触发。 TCP 帧里的 MOVE 是"一条命令"；MC 的 Execute 是"一个上升沿"。给沿用一拍脉冲：调用当拍拉高，随后立刻拉低。运动中再来一帧 MOVE，重新给沿。
// PRG_Main 每周期三步（以 X 轴为例，Y/Z 同样写死展开）：
// ① 使能常驻：上位机的命令集里没有"使能"，
// 上位机零改动的前提是下位机自己把能上了
fbPower[1](Axis := Drive_X, Enable := TRUE,
bRegulatorOn := TRUE, bDriveStart := TRUE);
// ② 来了新帧（nCmdSeq <> nAckSeq）：校验后装弹、给沿
// MOVE → 记下 aCmd[1].rPos / rVel，aCmd[1].xMoveTrig := TRUE
// STOP → aCmd[1].xHaltTrig := TRUE
// ③ 调用运动块，Execute 接命令槽的沿，一拍脉冲
fbMove[1](Axis := Drive_X, Execute := aCmd[1].xMoveTrig,
Position := aCmd[1].rPos, Velocity := aCmd[1].rVel,
Acceleration := 500, Deceleration := 500);
fbHalt[1](Axis := Drive_X, Execute := aCmd[1].xHaltTrig, Deceleration := 500);
aCmd[1].xMoveTrig := FALSE; aCmd[1].xHaltTrig := FALSE; // 当拍拉低，下一帧再给沿
本课的运动块的 Error / ErrorID 引脚没接，接真机是下一节的内容
运行效果
动图同上一节
验证方法
- 启动 CODESYS Control Win V3 x64，登录仿真器、下载、运行；
- 启动上位机
dotnet run（上一课的 WPF，原样），点"连接"，状态区每 200ms 刷新三轴位置； - 轴选 X，位置 100，速度 50，点 MOVE → X 以 50/s 爬升到 100；
- 运动中再点 MOVE 改个目标 → X 转向新目标——运动中改目标，和上一课手感一致；
- 点 MOVE XYZ → 一帧带 3 路参数，三根轴同时动；
- 运动中选一根轴点 STOP → 只有它停住（STOP 帧只带一路），再 MOVE 照常；
- 双击 Drive_X 打开轴编辑器在线页：状态在 Standstill ↔ Discrete Motion 间切换，与指令一一对应。
代码地址
代码和文档在Github上：
CODESYS 工程在 Lessons/Lesson2/codesys/Lesson2.project，用 CODESYS IDE 打开工程即可；st 目录是方便阅读的代码
浙公网安备 33010602011771号