運動控制技術與應用 教案 任務5.1 S7-1200 PLC PN通信控制V90伺服速度

任務5.1S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度一、基本信息任務名稱S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度授課學時4學時授課班級授課人數(shù)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(diào)速電氣傳動系統(tǒng)》；西門子V90伺服系統(tǒng)技術手冊；XX學院《運動控制技術與應用》課程標準；全國職業(yè)院校技能大賽“工業(yè)網(wǎng)絡智能控制與維護”賽項評分標準參考教材《運動控制技術與應用》機械工業(yè)出版社2026.6二、教學分析（一）教學內(nèi)容內(nèi)容位置項目5通信控制伺服運動控制系統(tǒng)→任務5.1S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度教學內(nèi)容1.V90PN伺服驅(qū)動器的控制/狀態(tài)接口X8及配線（針腳定義、數(shù)字量輸入/輸出、接線圖）

2.常用通信報文（標準報文1、2、3、5及制造商報文102、105、111）

3.標準報文1解析（控制字STW1、狀態(tài)字ZSW1）

4.速度控制方法一：使用SINA_SPEED（FB285）功能塊與標準報文1

5.速度控制方法二：通過IO地址直接控制（MOVE指令傳送控制字和速度給定）

6.硬件組態(tài)（GSD文件安裝、添加V90PN、分配IP和設備名稱、配置報文1）

7.V-ASSISTANT軟件設置（控制模式、通信報文、IP地址、取消未用DI功能）

8.PLC編程與HMI組態(tài)（變量關聯(lián)、控制字傳送、速度換算）內(nèi)容分析本次課是通信控制伺服系統(tǒng)的速度控制任務，學生需要掌握V90PN的X8接口功能、PROFINET通信配置、標準報文1的使用以及兩種編程方法（功能塊和直接IO地址）。通過4學時的理實一體化教學，使學生具備使用PN通信實現(xiàn)伺服速度控制的能力。（二）學情分析知識和技能基礎學生已完成項目4（V90伺服調(diào)試），掌握了V90伺服的基本接線、BOP操作和V-ASSISTANT軟件使用；對PROFINET通信有一定了解（項目3任務1），但對GSD文件安裝、報文配置及SINA_SPEED功能塊不熟悉。訴求和素養(yǎng)儲備學生對工業(yè)以太網(wǎng)通信控制伺服有較高興趣，因為這是現(xiàn)代自動化的主流；部分學生對報文、控制字等概念理解較抽象，需結(jié)合實例講解。學習特點喜歡通過圖形化組態(tài)完成通信配置，對功能塊調(diào)用感到便捷；樂于小組協(xié)作完成從組態(tài)到HMI聯(lián)調(diào)的完整流程。（三）目標分析知識目標1.了解V90PN伺服驅(qū)動器X8接口的針腳定義及數(shù)字量輸入/輸出功能。

2.理解標準報文1的結(jié)構（控制字、狀態(tài)字、速度設定值/實際值）。

3.掌握SINA_SPEED功能塊（FB285）的參數(shù)含義及使用方法。

4.理解通過IO地址直接控制的方法（MOVE指令傳送控制字）。能力目標1.能完成V90PN的X8接口配線（NPN/PNP接線），并取消未用DI功能。

2.能使用V-ASSISTANT設置V90PN為速度控制模式、標準報文1、IP地址和設備名稱。

3.能在TIAPortal中安裝GSD文件、添加V90PN、配置報文1、分配設備名稱。

4.能編寫PLC程序（SINA_SPEED功能塊或直接MOVE指令）實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和故障復位，并組態(tài)HMI畫面。素質(zhì)目標1.通過實現(xiàn)PLCPN通信控制伺服速度，增強科技報國信心。

2.養(yǎng)成規(guī)則意識、標準意識和5S管理的職業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)開拓創(chuàng)新的科學精神。（四）教學重難點類型重難點內(nèi)容確立依據(jù)解決方法教學重點1.V90PN的X8接口標準接線及數(shù)字量輸入/輸出功能

2.GSD文件安裝、V90PN添加與報文1配置

3.SINA_SPEED功能塊的調(diào)用與參數(shù)設置（HWIDSTW、HWIDZSW獲取）

4.通過IO地址直接控制（16#047F等控制字）速度控制通信的核心操作1.對照圖5-5、5-6講解接線，演示NPN/PNP接線差異

2.分步演示GSD安裝和組態(tài)，強調(diào)設備名稱一致性

3.演示FB285調(diào)用，講解硬件標識符獲取方法

4.對照表5-8講解ConfigAxis默認值，演示速度換算教學難點1.標準報文1中控制字各位的含義及組合（16#047F、16#0C7F等）

2.速度給定值的標定（16384對應p2000最大轉(zhuǎn)速）

3.分配設備名稱時常見問題（名稱不匹配、未分配導致通信故障）概念抽象，易錯1.拆解16#047F二進制位，對應表3-3講解每位作用

2.用比例公式：給定值=16384×（設定轉(zhuǎn)速/p2000）

3.演示在線分配方法，并強調(diào)用LED閃爍確認物理設備（五）教學策略教學流程第1課時：X8接口與通信基礎（45min）→第2課時：硬件組態(tài)與V90參數(shù)設置（45min）→第3課時：SINA_SPEED編程與調(diào)試（45min）→第4課時：直接IO地址控制及HMI聯(lián)調(diào)（45min）教學方法講授法、任務驅(qū)動法、演示法、小組協(xié)作法、實訓操作法信息化手段1.智慧樹在線課平臺：發(fā)布預習資料（報文解析、SINA_SPEED視頻）

2.TIAPortal軟件、V-ASSISTANT軟件

3.數(shù)字化資源：GSD文件、控制字速查表教學資源實物：S7-1200PLC（CPU1214CDC/DC/DC）、V90PN伺服驅(qū)動器、1FL6伺服電動機、網(wǎng)線、交換機、HMI（KTP700）、開關電源、電工工具；資料：電氣原理圖、參數(shù)設置表、實訓工單三、教學安排課前教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)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《V90PN通信控制與標準報文1》

2.預習教材中“X8接口”、“常用報文”、“標準報文1解析”部分

3.瀏覽V90PN通信手冊1.智慧樹在線課平臺發(fā)布預習視頻和任務單

2.發(fā)布討論題：“PN通信相比脈沖控制有何優(yōu)點？”

3.上傳GSD文件及報文資料1.觀看視頻，了解PN通信流程

2.閱讀教材，記錄疑問

3.熟悉控制字16#047F等線上平臺+微課視頻，提前熟悉通信概念課中（第1課時：X8接口與通信基礎）教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教師活動學生活動教學方法與手段任務導入（5min）展示HMI運行界面（圖5-1），要求通過PN通信實現(xiàn)V90伺服正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和狀態(tài)監(jiān)控1.提問：“如何用一根網(wǎng)線控制伺服？”

2.明確本課任務：PN通信配置與編程

3.強調(diào)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.V90PNX8接口20針腳定義（表5-1）：DI1~DI4、DO1+/DO1-、DO2+/DO2-、BK+/BK-

2.數(shù)字量輸入信號（表5-2）：RESET、TLIM、EMGS、CWL、CCWL等

3.數(shù)字量輸出信號（表5-3）：RDY、FAULT、ZSP、MBR等

4.NPN/PNP接線圖（圖5-3、5-4）及標準應用接線（圖5-5）

5.S7-1200PLC與V90PN接線圖（圖5-6）：X8可不用，只用網(wǎng)線1.對照實物講解X8針腳位置

2.講解常用輸入信號功能（RESET復位、EMGS急停、限位）

3.演示NPN和PNP接線區(qū)別（共陰極、共陽極）

4.強調(diào)如果X8不接線，需在V-ASSISTANT中取消對應DI功能1.記錄X8針腳定義

2.理解各輸入輸出信號作用

3.觀察接線圖，區(qū)分NPN/PNP講授法+實物演示，[插入圖片：圖5-2至5-6、圖5-2X8連接器20針腳插座NPN接線PNP接線圖5-3V90伺服驅(qū)動器的數(shù)字量輸入電路NPN接線PNP接線圖5-4V90伺服驅(qū)動器數(shù)字量輸出電路圖5-5標準應用接線圖通信報文講解（20min）1.常用報文（表5-4）：速度控制常用標準報文1、2、3；EPOS用7、9、111

2.標準報文1結(jié)構（表5-5）：PZD1=STW1，PZD2=NSOLL；發(fā)送字同樣

3.控制字STW1各位定義（參考項目3表3-3）：16#047E停止、16#047F正轉(zhuǎn)、16#0C7F反轉(zhuǎn)、16#04FE故障復位

4.狀態(tài)字ZSW1各位定義（參考項目3表3-4）

5.制造商報文105、111簡介1.展示表5-4，說明不同報文的應用場景

2.對照表5-5講解報文1只有兩個字，簡單明了

3.拆解16#047F二進制：0010001111111，對應位0=1（ON），位1=1（OFF2無效），位2=1（OFF3無效），位3=1（允許運行），位10=1（PLC控制）

4.舉例說明正轉(zhuǎn)時發(fā)送047F，停止時發(fā)送047E1.記錄報文1的PZD分配

2.理解控制字各位含義

3.記憶常用控制字值講授法，小結(jié)與布置（5min）總結(jié)X8接口和報文要點1.點評常見誤解（如控制字位10必須為1）

2.預告下節(jié)課硬件組態(tài)1.記錄要點

2.保存項目歸納總結(jié)法課中（第2課時：硬件組態(tài)與V90參數(shù)設置）教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教師活動學生活動教學方法與手段復習導入（5min）復習報文1，引入硬件組態(tài)1.提問：“PLC如何與V90PN建立通信？”

2.展示GSD文件安裝界面1.回答

2.打開TIAPortal復習提問法硬件組態(tài)實訓（25min）1.安裝GSD文件（圖5-8說明）：選項→管理通用站描述文件→選擇GSD所在文件夾→安裝

2.添加V90PN：硬件目錄→其他現(xiàn)場設備→PROFINETIO→Drivers→SIEMENSAG→SINAMICSV90PNV1.0

3.網(wǎng)絡連接：拖拽連接PLC與V90PN（圖5-9）

4.設置IP地址（192.168.0.x）和設備名稱（如v90-pn）（圖5-10）

5.配置報文1：設備概覽→子模塊→標準報文1，PZD-2/2（圖5-11）

6.分配設備名稱：在線訪問→更新可訪問設備→分配名稱，可選LED閃爍驗證（圖5-12~5-14）1.分步演示GSD安裝（若已安裝則說明）

2.演示添加V90PN，強調(diào)硬件版本選擇

3.演示網(wǎng)絡連接和IP/設備名稱設置

4.演示配置報文1（注意插槽順序）

5.演示在線分配設備名稱，重點：LED閃爍確認物理設備

6.下載硬件配置到PLC1.小組安裝GSD文件

2.添加V90PN并設置IP和設備名稱

3.配置報文1

4.在線分配設備名稱，驗證成功實訓操作法+演示法，[插入圖片：圖5-8至5-14]圖5-8添加V90PN伺服驅(qū)動器圖5-9組態(tài)V90P與PLC的PE網(wǎng)絡后圖5-10設置V90PN的IP地址和設備名稱V-ASSISTANT參數(shù)設置（15min）1.Ethernet連接V90PN（圖4-21）

2.選擇驅(qū)動和控制模式：速度控制（S）

3.選擇通信報文：標準報文1（圖5-18）

4.網(wǎng)絡配置：站名和IP地址與PLC組態(tài)一致（圖5-19）

5.取消未用DI功能：在IO配置中將RESET、TLIM等取消分配1.演示V-ASSISTANT軟件連接V90PN

2.演示設置速度控制模式和報文1

3.演示配置站名和IP，保存并激活（需重啟）

4.演示取消未用DI（如DI1的RESET功能）

5.保存參數(shù)到ROM1.小組操作V-ASSISTANT連接伺服

2.設置控制模式、報文、IP和站名

3.取消未用DI功能

4.保存參數(shù)并重啟實訓操作法+演示法，圖5-18V90PN伺服驅(qū)動器通信報文配置圖5-19配置V90PN設備的站名和IP地址小結(jié)與布置（5min）總結(jié)硬件組態(tài)和參數(shù)設置要點1.點評常見錯誤（設備名稱不一致、IP不在同網(wǎng)段）

2.預告下節(jié)課SINA_SPEED編程1.記錄要點

2.保存項目歸納總結(jié)法課中（第3課時：SINA_SPEED編程與調(diào)試）教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教師活動學生活動教學方法與手段復習導入（5min）復習組態(tài)，引入SINA_SPEED功能塊1.提問：“如何使用功能塊簡化編程？”

2.展示FB285功能塊1.回答

2.打開程序編輯器復習提問法新知講解與實訓（35min）1.添加SINA_SPEED（圖5-15）：從選件包SINAMICS中拖放FB285

2.參數(shù)說明（表5-7）：

-EnableAxis：驅(qū)動使能

-AckError：故障應答

-SpeedSp：轉(zhuǎn)速設定值（rpm）

-RefSpeed：參考轉(zhuǎn)速（p2000，默認1500rpm）

-ConfigAxis：默認16#003F（位0~5=1）（表5-8）

-HWIDSTW、HWIDZSW：硬件標識符（從設備概覽→插槽13→系統(tǒng)常數(shù)獲取）

3.編寫程序：

-將HMI設定的速度值傳至SpeedSp

-EnableAxis接M0.0（HMI使能按鈕）

-AckError接M0.1（故障復位）

-輸出AxisEnabled、Error、ActVelocity用于HMI顯示

4.下載程序，監(jiān)控調(diào)試1.演示添加FB285，講解各引腳作用

2.演示獲取HWIDSTW/HWIDZSW（從系統(tǒng)常數(shù)中復制數(shù)值）

3.演示編寫簡單程序：置位EnableAxis，給定SpeedSp=200rpm

4.講解ConfigAxis默認值16#003F含義（位0~5=1，使能OFF2、OFF3等）

5.演示下載程序，通過監(jiān)控表強制EnableAxis，觀察電機運轉(zhuǎn)1.小組添加SINA_SPEED，配置硬件標識符

2.編寫使能、速度給定、故障應答程序

3.下載并測試：使能后給定不同速度，觀察電機響應

4.監(jiān)控ActVelocity反饋值實訓操作法+任務驅(qū)動，圖5-15加載SINA_Speed（FB285）功能塊故障排查與總結(jié)（5min）常見問題及解決方法1.總結(jié)常見錯誤：HWIDSTW錯誤、設備名稱未分配、報文不匹配

2.強調(diào)參考轉(zhuǎn)速與最大速度一致性1.記錄故障現(xiàn)象及解決方法歸納總結(jié)法課中（第4課時：直接IO地址控制及HMI聯(lián)調(diào)）教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教師活動學生活動教學方法與手段復習導入（5min）復習SINA_SPEED，引入直接IO地址控制1.提問：“如何不用功能塊直接控制？”

2.展示MOVE指令傳送控制字1.回答

2.打開程序復習提問法新知講解與實訓（25min）1.查看報文1的地址：在設備概覽中查看插槽13的I/O地址（如IW64、QW64）

2.控制字傳送：

-停止：MOVE16#047E→QW64

-正轉(zhuǎn)：16#047F→QW64

-反轉(zhuǎn)：16#0C7F→QW64

-故障復位：16#04FE→QW64

3.速度給定：QW66（第二個字），范圍0~16384對應0~p2000

-用標準化指令計算：速度給定值=設定轉(zhuǎn)速/p2000×16384

4.狀態(tài)字讀取：IW64（狀態(tài)字）、IW66（實際速度）

5.編寫PLC程序（圖5-21）：

-HMI按鈕控制正反轉(zhuǎn)、停止、復位

-HMIIO域設定速度，經(jīng)換算后送QW66

-讀取實際速度送HMI顯示1.演示查看報文1的I/O地址（默認QW64控制字，QW66速度）

2.演示編寫正反轉(zhuǎn)程序：用MOVE指令傳送常數(shù)到QW64

3.演示速度換算：使用NORM_X和SCALE_X指令（或直接用乘法）

4.演示讀取狀態(tài)字，提取位（如運行位I64.2）用于指示燈1.小組編寫直接IO地址控制程序

2.實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、停止、復位功能

3.完成速度換算并下載測試

4.觀察電機響應，對比兩種方法實訓操作法+任務驅(qū)動，[插入圖片：圖5-16、5-17、5-20、5-21]圖5-16傳第一個控制字進行驅(qū)動器的起動控制圖5-17傳第二個控制字給定伺服驅(qū)動器運行速度圖5-20新增PLC變量HMI組態(tài)與聯(lián)調(diào)（15min）1.添加HMI（KTP700），連接PLC

2.組態(tài)畫面（參考圖5-1）：

-按鈕：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、故障復位

-IO域：速度設定、速度反饋

-指示燈：運行（I64.2）、正轉(zhuǎn)（I65.7=1）、反轉(zhuǎn)（I65.7=0）、報警（I64.3）

3.關聯(lián)變量：按鈕關聯(lián)M點，IO域關聯(lián)數(shù)據(jù)塊變量，指示燈關聯(lián)狀態(tài)字位

4.下載HMI程序，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)1.演示添加HMI并連接PLC

2.演示組態(tài)按鈕、IO域、指示燈，關聯(lián)變量

3.講解狀態(tài)字位的提取：運行位=I64.2，故障位=I64.3，方向位=I65.7

4.指導聯(lián)調(diào)：操作HMI，觀察電機正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、故障復位1.小組組態(tài)HMI畫面，關聯(lián)變量

2.下載HMI程序，進行聯(lián)調(diào)

3.測試所有功能，記錄結(jié)果實訓操作法+演示法，評價總