2. Sysmac Studio工程环境搭建
虚拟调试的起点不是写程序，而是让 Sysmac Studio 与目标控制器之间建立起一条“可编译、可下载、可仿真”的工程通道。本节要完成的目标很明确：在 Sysmac Studio 中创建一个能够通过编译、能够与 NJ/NX 控制器或仿真器建立连接、并且具备基本设备与网络配置的空工程骨架。这个骨架不包含任何工艺逻辑，但它是后续所有轴配置、EtherCAT 从站组态、程序编写与虚拟调试的基础。
一、安装与版本选择
Sysmac Studio 的安装包通常以 ISO 或自解压形式提供，安装前需要确认三件事：操作系统版本、是否安装 .NET 运行库、以及是否需要同时安装 Sysmac Studio 与 NJ/NX 控制器的固件支持包。安装过程中会提示选择“完整安装”或“自定义安装”，对于虚拟调试场景，建议至少勾选 Sysmac Studio 主程序、EtherCAT 配置工具、以及 CX-One 中的部分通信组件。安装完成后，首次启动会要求输入许可证或选择试用模式，教学环境可使用 30 天试用版。
版本匹配是容易被忽略但影响很大的环节。Sysmac Studio 的版本必须不低于目标控制器的固件版本，否则在“在线”或“同步”时会提示版本不兼容。例如控制器固件为 1.45，则 Sysmac Studio 至少应为 1.45 或更高。若使用仿真器（Sysmac Studio 自带的 NJ/NX 仿真功能），则仿真器版本与工程版本必须一致。建议在项目开始时记录以下信息：Sysmac Studio 版本号、控制器型号（如 NX102-9000）、固件版本、EtherCAT 主站是否启用。
二、设备注册与连接设定
“设备注册”在 Sysmac Studio 中并不是一个独立的菜单，而是通过“控制器”菜单下的“通信设置”与“在线”操作完成的。具体路径为：控制器 → 通信设置 → 选择连接方式（USB、Ethernet、或仿真）。对于虚拟调试，最常用的是 Ethernet 连接或仿真连接。
以 Ethernet 为例，需要填写控制器的 IP 地址。NJ/NX 系列默认 IP 通常为 192.168.250.1，子网掩码 255.255.255.0。若控制器与 PC 不在同一网段，需要先修改 PC 的网卡 IP，例如设为 192.168.250.100。通信设置中还有一个“节点地址”概念，EtherCAT 主站节点地址默认为 0，从站节点地址从 1 开始递增，这个编号在后续 EtherCAT 组态中必须与物理拓扑一致。
若使用仿真器，则选择“仿真”连接方式，Sysmac Studio 会启动一个虚拟控制器，此时不需要物理 IP，但需要确保仿真器版本与工程版本匹配。仿真模式下，EtherCAT 从站可以用虚拟从站替代，适合在没有硬件的情况下验证程序逻辑与轴运动。
三、网络设定与 EtherCAT 组态
网络设定分为两层：上层是 PC 与控制器之间的 Ethernet 通信，下层是控制器与从站之间的 EtherCAT 网络。Ethernet 层只需保证 IP 同网段、无防火墙拦截即可。EtherCAT 层则需要在 Sysmac Studio 的“EtherCAT”节点下进行组态。
具体操作是：在项目树中双击“EtherCAT”，进入主站设置界面，确认主站节点地址为 0。然后从右侧工具箱中拖入从站设备，例如伺服驱动器 R88D-1SN、远程 IO 单元 GX-ID1611 等。每个从站会自动分配节点地址，从 1 开始递增。此时需要核对“物理拓扑”与“逻辑组态”是否一致：如果实际接线是主站 → 伺服 → IO，那么组态顺序也必须是主站 → 伺服 → IO。若顺序不一致，在线时会出现“从站配置不匹配”的错误。
对于虚拟调试，若没有物理从站，可以在 EtherCAT 组态中使用“虚拟从站”功能，或者直接跳过从站组态，仅保留主站。此时工程仍可编译，但轴运动等依赖从站的功能无法验证。建议在教学环境中至少配置一个虚拟伺服从站，以便后续章节进行轴调试。
四、项目结构创建与空工程骨架
项目结构创建的核心是建立“控制器 → 程序 → 任务 → 变量”的层级关系。在 Sysmac Studio 中，新建工程时会自动生成一个默认的“Controller”节点，其下包含“Program”、“Task”、“Variable”等子节点。建议按以下顺序整理：
- 控制器型号与固件：在“Controller”属性中确认型号为 NX102-9000，固件版本为 1.45，与安装的 Sysmac Studio 版本匹配。
- 任务设置：默认会有一个“Primary Task”，周期设为 1 ms。对于虚拟调试，可保留默认值，后续根据轴控制周期再调整。
- 程序组织单元（POU）：新建一个梯形图或 ST 程序，命名为“Main”，并关联到 Primary Task。此时不需要写任何逻辑，只需保证程序为空且能编译通过。
- 变量表：新建全局变量表，至少定义两个变量用于测试，例如“bStart”为 BOOL 型、“nSpeed”为 INT 型。变量名区分大小写，建议使用匈牙利命名法。
- EtherCAT 组态：如前所述，添加至少一个虚拟从站，并分配节点地址。
完成上述步骤后，点击“编译”按钮。若编译无错误，说明空工程骨架已经建立。此时可以尝试“在线 → 同步”，将工程下载到控制器或仿真器。若使用仿真器，点击“仿真 → 启动”，Sysmac Studio 会启动虚拟控制器并自动连接。连接成功后，状态栏会显示“在线”或“仿真中”。
五、常见问题与判断依据
在环境搭建阶段，最常见的三类问题及判断方法如下：
| 现象 | 可能原因 | 判断与处理 |
|---|---|---|
| 编译报错“未找到控制器” | 控制器型号未选择或固件版本不匹配 | 检查 Controller 属性中的型号与固件，确保与 Sysmac Studio 版本兼容 |
| 在线连接失败 | IP 不同网段、防火墙拦截、网线未连接 | 用 ping 命令测试 192.168.250.1 是否可达；关闭防火墙或添加例外 |
| EtherCAT 从站配置不匹配 | 组态顺序与物理接线顺序不一致 | 核对项目树中从站顺序，调整组态或重新接线，确保节点地址连续 |
当编译通过、在线连接成功、且 EtherCAT 无报错时，可以认为空工程骨架已经就绪。此时工程中没有任何工艺逻辑，但具备了后续所有调试工作的基础条件：可以添加轴、可以编写程序、可以下载运行、可以观察变量。下一阶段的工作将在这个骨架上逐步填充。