運動控制技術與應用 教案 任務2.2 HMI、PLC控制G120C變頻器正反轉與模擬量調速

任務2.2HMI、PLC控制G120C變頻器正反轉與模擬量調速一、基本信息任務名稱HMI、PLC控制G120C變頻器正反轉與模擬量調速授課學時4學時授課班級授課人數授課地點運動控制技術實訓室課型理實一體化課參考標準國家標準GB/T12668.2-2002《調速電氣傳動系統》；西門子G120C變頻器技術手冊；XX學院《運動控制技術與應用》課程標準；全國職業院校技能大賽“現代電氣控制系統安裝與調試”賽項評分標準參考教材《運動控制技術與應用》機械工業出版社2026.6二、教學分析（一）教學內容內容位置項目2端子控制變頻器運動控制系統→任務2.2HMI、PLC控制G120C變頻器正反轉與模擬量調速教學內容1.變頻器、PLC、HMI的選型（G120C、S7-1200、KTP700）

2.G120C變頻器的控制電路接口與端子接線（數字量、模擬量、電源、保護端子）

3.接口宏12的功能與參數設置

4.用Startdrive軟件調試變頻器（在線訪問、分配IP、調試向導、控制面板、參數分配）

5.PLC編程（新增變量、梯形圖程序：正反轉控制、標準化與縮放指令）

6.HMI組態（添加設備、連接PLC、組態指示燈、按鈕、IO域）

7.系統聯調與故障排查內容分析本次課是端子控制變頻器的綜合實踐任務，整合了HMI、PLC和變頻器，構成完整的運動控制系統。學生需要掌握設備選型、電氣接線、變頻器調試、PLC編程、HMI組態以及系統聯調。通過4學時的理實一體化教學，使學生具備獨立完成中小型自動化項目的能力。（二）學情分析知識和技能基礎學生已完成項目1和任務2.1的學習，掌握了變頻器BOP操作、端子固定轉速控制；對PLC標準化和縮放指令有初步了解，對HMI組態不熟悉，缺乏集成調試經驗。訴求和素養儲備學生對HMI+PLC+變頻器的組合控制有濃厚興趣，因為這更接近工業現場實際；部分學生對博途軟件操作不熟練，需加強練習；安全意識、規范操作習慣需持續強化。學習特點喜歡通過軟件操作實現可視化控制，對觸摸屏組態感到新奇；對參數設置和程序調試有畏難情緒，需要分步演示和反復練習；樂于通過小組協作解決聯調問題。（三）目標分析知識目標1.了解S7-1200PLC和KTP700觸摸屏的結構、工作原理及銘牌參數。

2.理解G120C變頻器的控制電路接口（數字量、模擬量、保護端子）及宏12的功能。

3.掌握用Startdrive軟件調試變頻器的基本步驟（在線訪問、分配IP、調試向導、控制面板）。

4.理解模擬量輸入/輸出在PLC中的標準化（NORM_X）和縮放（SCALE_X）處理。能力目標1.能根據電氣原理圖完成G120C變頻器、S7-1200PLC、KTP700HMI的接線。

2.能用Startdrive軟件設置變頻器參數（宏12、模擬量輸入類型、最大轉速等），并通過控制面板調試。

3.能用TIAPortal編寫PLC程序（正反轉控制、模擬量轉換），并下載調試。

4.能用TIAPortal組態HMI畫面（按鈕、指示燈、IO域），并實現與PLC的聯動控制。素質目標1.通過了解我國自動化技術的進步，厚植愛國情懷，增強科技報國決心。

2.養成規則意識、標準意識和5S管理的職業素養，培養開拓創新的科學精神。（四）教學重難點類型重難點內容確立依據解決方法教學重點1.G120C變頻器控制端子接線（數字量、模擬量、公共端）

2.Startdrive軟件調試變頻器（分配IP、調試向導、控制面板）

3.PLC模擬量標準化與縮放指令（NORM_X、SCALE_X）的應用

4.HMI組態及與PLC的變量關聯集成控制系統的核心技能1.對照實物和接線圖分步講解、演示

2.教師分步演示軟件操作，學生同步練習

3.提供模擬量轉換公式推導，結合實例計算

4.發放變量關聯表，分組練習教學難點1.Startdrive調試向導中各類參數的含義及設置（宏12、應用等級、電動機參數等）

2.模擬量輸入/輸出的定標與標準化轉換（0-10V/4-20mA對應0-27648）

3.HMI與PLC的變量通信及地址匹配

4.系統聯調中故障的排查（如變頻器不啟動、模擬量無輸出）涉及多個軟件和硬件的協同，參數多，邏輯復雜1.用表格匯總調試向導各步驟的關鍵參數及作用

2.通過“電流-轉速”轉換公式推導，配合監控表驗證

3.提前整理變量地址對照表，避免地址沖突

4.總結常見故障現象及解決方法（如STO端子未短接、模擬量開關未撥對）（五）教學策略教學流程第1課時：設備選型與電氣接線（45min）→第2課時：變頻器調試（Startdrive）（45min）→第3課時：PLC編程與模擬量處理（45min）→第4課時：HMI組態與系統聯調（45min）教學方法講授法、任務驅動法、演示法、小組協作法、實訓操作法信息化手段1.智慧樹在線課平臺：發布預習資料（Startdrive調試視頻、PLC模擬量轉換微課）

2.TIAPortal軟件（V18）、Startdrive組件

3.數字化資源：G120C手冊、S7-1200手冊、變量地址速查表教學資源實物：G120C變頻器、S7-1200PLC（CPU1212C）、KTP700HMI、三相異步電動機、斷路器、開關電源、網線、導線、萬用表、電工工具；資料：電氣原理圖（圖2-35）、參數表（表2-22）、實訓工單三、教學安排課前教學環節教學內容教師活動學生活動教學方法與手段知識探索1.觀看微課《Startdrive調試G120C變頻器》

2.預習教材中“G120C控制端子”、“宏12”和“PLC模擬量轉換”部分

3.瀏覽TIAPortal基本操作視頻1.智慧樹在線課平臺發布預習視頻和任務單

2.發布討論題：“PLC如何用模擬量控制變頻器頻率？”

3.上傳G120C、S7-1200手冊節選1.觀看視頻，了解Startdrive基本流程

2.閱讀教材，記錄疑問

3.初步認識模擬量轉換指令線上平臺+微課視頻，提前熟悉集成調試流程課中（第1課時：設備選型與電氣接線）教學內容教師活動學生活動教學方法與手段任務導入（5min）回顧技能大賽和水處理項目需求，引出本課任務：用HMI、PLC控制變頻器實現正反轉和模擬量調速1.提問：“如何實現觸摸屏設定轉速？”

2.展示圖2-9HMI運行畫面，明確本課任務

3.強調安全注意事項1.思考并回答

2.明確學習目標案例教學法新知講解（15min）1.設備選型：G120C變頻器（表2-16）、S7-1200PLC（圖2-10）、KTP700HMI（表2-17、圖2-11）

2.G120C控制電路接口（圖2-12）及端子功能（圖2-13）

3.宏12的端子定義與參數（表2-18）1.對照實物講解G120C外形及功率范圍

2.演示PLC、HMI的硬件組成

3.講解控制端子：數字量（DI0~DI5）、模擬量（AI0、AO0）、保護端子（14、15）、公共端等

4.說明宏12的默認分配：DI0啟停、DI1反轉、DI2故障復位、AI0頻率給定1.觀察實物，記錄設備型號

2.識讀控制端子圖

3.記錄宏12的端子分配講授法+實物演示、電氣圖繪制與接線實訓（20min）1.根據圖2-35繪制本任務電氣原理圖（含PLC、HMI、變頻器）

2.完成硬件接線：PLC數字量輸出接變頻器DI0、DI1；PLC模擬量輸出接變頻器AI0；變頻器模擬量輸出接PLC模擬量輸入；HMI與PLC網線連接1.發放電氣圖繪制要求（含評分標準）

2.分步演示接線：PLCQ0.0→變頻器DI0（啟停），Q0.1→DI1（反轉）；PLCAQ0→變頻器AI0+（3號端子），AI0-（4號端子）接0V；變頻器AO0+（12）→PLCAI+，AO0-（13）→PLCAI-

3.強調斷電操作、信號線屏蔽接地1.小組合作繪制電氣原理圖

2.完成控制電路接線（注意公共端連接）

3.互檢接線正確性任務驅動法+小組協作小結與布置（5min）總結接線要點，布置課后預習1.點評接線共性問題

2.預告下節課變頻器調試內容1.記錄要點

2.整理工位歸納總結法+5S管理課中（第2課時：變頻器調試（Startdrive））教學環節教學內容教師活動學生活動教學方法與手段復習導入（5min）復習接線，引入變頻器參數設置1.提問：“如何通過軟件調試變頻器？”

2.展示Startdrive軟件界面1.回答

2.打開TIAPortal軟件復習提問法新知講解與實訓（35min）1.創建新項目，在線訪問，分配IP地址（圖2-15、2-16）

2.調試向導：選擇應用等級（SDC）、設定值指定（不與PLC連接）、I/O配置（宏12）、驅動設置（IEC）、電動機參數（銘牌）、制動與溫度傳感器（無）、重要參數（最小/最大轉速）、驅動功能（恒定負載）

3.控制面板調試：激活主控權，點動測試，修改轉速，觀察運行

4.參數分配：修改模擬量輸入為單極性0-10V（p0756=0），標定曲線；設置最大轉速為1500r/min等

5.保存參數到EEPROM1.分步演示在線訪問和IP分配（注意電腦與變頻器同網段）

2.分步演示調試向導，講解每個選項的含義（如宏12、電動機數據識別禁用）

3.演示控制面板操作，測試電動機正反轉

4.演示參數視圖中修改p0756等參數

5.強調保存參數（RAM→EEPROM）1.小組合作，跟隨操作

2.記錄調試向導中關鍵參數設置

3.使用控制面板點動電動機，觀察方向

4.修改模擬量輸入類型，觀察定標曲線

5.保存參數實訓操作法+演示法，[圖2-15至圖2-34]小結與布置（5min）總結Startdrive調試步驟1.點評常見錯誤（IP未分配、宏12未選、參數未保存）

2.預告下節課PLC編程1.記錄要點

2.提交參數表歸納總結法課中（第3課時：PLC編程與模擬量處理）教學環節教學內容教師活動學生活動教學方法與手段復習導入（5min）復習變頻器調試，引入PLC控制1.提問：“PLC如何根據觸摸屏設定值輸出模擬量？”

2.展示模擬量轉換公式1.回答

2.打開TIAPortal項目復習提問法新知講解與實訓（35min）1.CPU配置（添加設備、設置IP、啟用系統/時鐘存儲器、模擬量地址）

2.變量組態：默認變量表（I0.0故障、I0.1報警、I0.2運行使能、Q0.0正轉、Q0.1反轉、IW64模擬量輸入、QW96模擬量輸出）；數據塊（轉速設定值、轉速實際值等）

3.梯形圖編程：

-正反轉控制（置位/復位指令）

-模擬量轉換：NORM_X和SCALE_X指令（設定轉速→模擬量輸出；模擬量輸入→實際轉速）

4.下載程序到PLC，監控調試1.分步演示CPU配置（注意安全設置：取消密碼、完全訪問權限）

2.演示添加數據塊和靜態變量

3.編寫正反轉控制程序段（圖2-46程序段1-3）

4.講解NORM_X和SCALE_X指令原理：標準化（0-27648→0.0-1.0），縮放（0.0-1.0→實際轉速）

5.演示下載程序，監控變量表（強制QW96輸出，觀察IW64變化）1.小組合作配置CPU和變量

2.編寫正反轉程序

3.完成模擬量轉換程序

4.下載并監控，測試模擬量通道實訓操作法+講授法，[圖2-36至圖2-45]小結與布置（5min）總結PLC編程要點1.點評常見錯誤（地址沖突、數據類型不匹配、模擬量范圍錯誤）

2.預告下節課HMI組態1.記錄要點

2.保存項目歸納總結法課中（第4課時：HMI組態與系統聯調）教學環節教學內容教師活動學生活動教學方法與手段復習導入（5min）復習PLC程序，引入HMI組態1.提問：“如何用觸摸屏控制PLC？”

2.展示KTP700實物1.回答

2.打開HMI組態向導復習提問法新知講解與實訓（35min）1.添加HMI設備（選型KTP700，版本匹配），連接PLC（圖2-48、2-49）

2.組態畫面：添加文本域、指示燈（故障、報警、使能、正轉、反轉）、按鈕（正轉、反轉、停止）、IO域（轉速設定、轉速顯示）

3.變量關聯：指示燈關聯PLC的I0.0、I0.1、I0.2、M2.3、Q0.1；按鈕關聯M2.0、M2.1、M2.2；IO域關聯數據塊中的設定轉速和實際轉速變量

4.下載HMI程序，系統聯調：操作觸摸屏，觀察電動機運行和轉速反饋1.演示添加HMI設備，選擇連接PLC

2.演示組態指示燈、按鈕、IO域，并關聯變量（圖2-50、2-51、2-52）

3.演示下載HMI程序（注意設置PG/PC接口）

4.指導學生進行系統聯調：設置不同轉速，觀察電動機響應和觸摸屏顯示1.小組合作組態HMI畫面

2.關聯變量，編譯下載

3.聯調測試：正轉、反轉、停止、調速

4.記錄問題及解決方法實訓操作法+演示法，[圖2-46至圖2-50]評價總結（5min）1.小組展示系統運行成果

2.教師點評與總結

3.完成自評、互評（表2-23、2-24）1.聽取小組匯報，簡要點評

2.總結本任務核心技能點：設備選型、接線、變頻器調試、PLC編程、HMI組態、系統聯調

3.強調安全規范與5S管理

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