運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用 教案 任務(wù)7.2 S7-1200 PLC PN控制直流調(diào)速器

任務(wù)7.2S7-1200PLCPN控制直流調(diào)速器一、基本信息任務(wù)名稱S7-1200PLCPN控制直流調(diào)速器授課學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)室課型理實(shí)一體化課參考標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12668.2-2002《調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)》；ETDDC190S直流調(diào)速器技術(shù)手冊(cè)；XX學(xué)院《運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用》課程標(biāo)準(zhǔn)；全國(guó)職業(yè)院校技能大賽“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)”賽項(xiàng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參考教材《運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社2026.6二、教學(xué)分析（一）教學(xué)內(nèi)容內(nèi)容位置項(xiàng)目7直流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試→任務(wù)7.2S7-1200PLCPN控制直流調(diào)速器教學(xué)內(nèi)容1.PROFINET-IO通信概述（控制器、設(shè)備、監(jiān)視器）

2.直流調(diào)速器PROFINET通信卡的安裝

3.GSD文件安裝，在TIAPortal中添加PROFINET從站模塊、網(wǎng)絡(luò)連接、硬件配置（輸入/輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度）

4.分配IP地址和設(shè)備名稱，在線分配設(shè)備名稱

5.PLC與直流調(diào)速器的數(shù)據(jù)交換（輸入/輸出緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)表7-6、7-7）

6.狀態(tài)字、故障字、控制字的位定義（表7-8）

7.直流調(diào)速器通信參數(shù)設(shè)置（表7-9，使能由外部IO控制）

8.PLC編程（MOVE指令讀寫數(shù)據(jù)）與HMI組態(tài)內(nèi)容分析本次課是直流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的通信控制任務(wù)，學(xué)生需要掌握PROFINET-IO通信的基本概念，學(xué)會(huì)安裝GSD文件、組態(tài)從站、分配設(shè)備名稱、編寫數(shù)據(jù)交換程序，并通過HMI實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和狀態(tài)監(jiān)控。通過2學(xué)時(shí)的理實(shí)一體化教學(xué)，使學(xué)生具備使用PROFINET通信控制直流調(diào)速器的能力。（二）學(xué)情分析知識(shí)和技能基礎(chǔ)學(xué)生已完成任務(wù)7.1（面板和軟件調(diào)試直流調(diào)速器），掌握了直流調(diào)速器的接線和基本調(diào)試；對(duì)PROFINET通信有一定基礎(chǔ)（項(xiàng)目3、5），但對(duì)GSD文件安裝、從站組態(tài)及數(shù)據(jù)映射不熟悉。訴求和素養(yǎng)儲(chǔ)備學(xué)生對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)通信控制直流系統(tǒng)有較高興趣，因?yàn)榉犀F(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)；部分學(xué)生對(duì)輸入/輸出緩沖區(qū)的地址對(duì)應(yīng)關(guān)系感到抽象，需要借助表格理解。學(xué)習(xí)特點(diǎn)喜歡通過TIAPortal圖形化組態(tài)，對(duì)GSD文件安裝和從站配置有探索欲望；樂于獨(dú)立完成通信調(diào)試和HMI聯(lián)調(diào)。（三）目標(biāo)分析知識(shí)目標(biāo)1.了解PROFINET-IO通信的原理（控制器、設(shè)備、監(jiān)視器）及GSD文件的作用。

2.掌握直流調(diào)速器PROFINET通信卡的硬件安裝。

3.理解GSD文件的添加方法、PLC與直流調(diào)速器之間輸入/輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系（表7-6、7-7）。能力目標(biāo)1.能完成直流調(diào)速器PROFINET通信卡的安裝，并正確接線（網(wǎng)線連接）。

2.能在TIAPortal中安裝GSD文件，添加PROFINET從站，配置網(wǎng)絡(luò)和硬件參數(shù)。

3.能夠分配設(shè)備名稱和IP地址，并編寫PLC程序（MOVE指令）讀寫控制字、速度給定、狀態(tài)字等。

4.能組態(tài)HMI畫面（按鈕、IO域、指示燈），實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、停止和故障復(fù)位。素質(zhì)目標(biāo)1.通過了解我國(guó)直流調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步，厚植愛國(guó)情懷，增強(qiáng)科技報(bào)國(guó)決心。

2.養(yǎng)成規(guī)則意識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)和5S管理的職業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)開拓創(chuàng)新的科學(xué)精神。（四）教學(xué)重難點(diǎn)類型重難點(diǎn)內(nèi)容確立依據(jù)解決方法教學(xué)重點(diǎn)1.GSD文件的安裝與PROFINET從站組態(tài)（添加模塊、配置輸入/輸出長(zhǎng)度）

2.在線分配設(shè)備名稱和IP地址

3.PLC通過MOVE指令讀寫直流調(diào)速器的控制字、速度給定、狀態(tài)字PROFINET通信的核心操作1.分步演示GSD安裝和從站添加，強(qiáng)調(diào)輸入/輸出長(zhǎng)度必須為64byte

2.演示在線分配設(shè)備名稱，并驗(yàn)證LED閃爍

3.提供數(shù)據(jù)映射表（表7-6、7-7），用MOVE指令示例編程教學(xué)難點(diǎn)1.輸入/輸出緩沖區(qū)地址與直流調(diào)速器內(nèi)部寄存器的對(duì)應(yīng)關(guān)系（IW68~IW98、QW68~QW98）

2.控制字各位的含義及速度給定標(biāo)定（10000對(duì)應(yīng)最大速度）

3.直流調(diào)速器通信參數(shù)中“調(diào)速器使能必須由外部IO控制”的理解數(shù)據(jù)映射抽象，易混淆1.畫出地址對(duì)應(yīng)圖，并在PLC監(jiān)控表中觀察變化

2.用實(shí)例：速度給定2000對(duì)應(yīng)20%最大轉(zhuǎn)速，讓學(xué)生計(jì)算

3.強(qiáng)調(diào)參數(shù)510必須配置為“調(diào)速器使能”由M5.1端子控制，而非通信控制（五）教學(xué)策略教學(xué)流程任務(wù)導(dǎo)入（5min）→新知講解（10min）→硬件組態(tài)與通信配置（20min）→PLC編程與HMI聯(lián)調(diào)（25min）→評(píng)價(jià)總結(jié)（5min）教學(xué)方法講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、演示法、小組協(xié)作法、實(shí)訓(xùn)操作法信息化手段1.智慧樹在線課平臺(tái)：發(fā)布預(yù)習(xí)資料（PROFINET-IO通信原理、GSD文件安裝視頻）

2.TIAPortal軟件、直流調(diào)速器調(diào)試軟件

3.數(shù)字化資源：GSD文件、地址映射速查表教學(xué)資源實(shí)物：S7-1200PLC、ETDDC190S直流調(diào)速器（帶PNIO9800V通信卡）、直流電動(dòng)機(jī)、網(wǎng)線、交換機(jī)、HMI（KTP700）、開關(guān)電源、電工工具；資料：電氣原理圖、地址映射表（表7-6~7-8）、實(shí)訓(xùn)工單三、教學(xué)安排課前教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)教學(xué)方法與手段知識(shí)探索1.觀看微課《PROFINET-IO通信與GSD文件安裝》

2.預(yù)習(xí)教材中“PROFINET-IO通信概述”、“PLC設(shè)置與編程”部分

3.瀏覽ETDPNIO9800V通信卡手冊(cè)1.智慧樹在線課平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)視頻和任務(wù)單

2.發(fā)布討論題：“PROFINET通信相比Modbus有何優(yōu)勢(shì)？”

3.上傳GSD文件和地址映射表1.觀看視頻，了解PN通信基本概念

2.閱讀教材，記錄疑問

3.初步認(rèn)識(shí)輸入/輸出緩沖區(qū)線上平臺(tái)+微課視頻，提前熟悉PN組態(tài)流程課中（2課時(shí)連上）教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)教學(xué)方法與手段任務(wù)導(dǎo)入（5min）展示磨線機(jī)項(xiàng)目需求，要求通過HMI和PLC利用PROFINET通信控制直流調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和狀態(tài)監(jiān)控1.提問：“如何用網(wǎng)線代替模擬量信號(hào)控制直流調(diào)速器？”

2.明確本課任務(wù)：PN通信組態(tài)、編程、HMI聯(lián)調(diào)

3.強(qiáng)調(diào)安全注意事項(xiàng)1.思考并回答

2.明確學(xué)習(xí)目標(biāo)案例教學(xué)法新知講解（10min）1.PROFINET-IO組成：IO控制器（PLC）、IO設(shè)備（直流調(diào)速器）、IO監(jiān)視器（編程電腦）

2.GSD文件的作用：描述設(shè)備屬性，便于組態(tài)

3.直流調(diào)速器通信卡安裝位置（圖7-5）及參數(shù)510設(shè)置（表7-9）：調(diào)速器使能必須由外部IO點(diǎn)（M5.1）控制，不可由通信控制

4.輸入/輸出緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系（表7-6、7-7）：IW68狀態(tài)字、IW70故障字、IW74速度反饋；QW68扭矩限幅、QW72控制字、QW70速度給定

5.控制字位定義（表7-8）：如QW72.1（速度使能）等1.講解PN-IO架構(gòu)，用“主從”比喻

2.展示GSD文件實(shí)際文件，說明安裝必要性

3.對(duì)照?qǐng)D7-5講解通信卡安裝，強(qiáng)調(diào)參數(shù)510不能通過通信控制使能，必須用硬接線

4.列出關(guān)鍵地址對(duì)應(yīng)關(guān)系，用表格形式呈現(xiàn)

5.舉例說明控制字寫入2（二進(jìn)制...0010）啟動(dòng)速度使能1.記錄PN-IO組成

2.理解GSD文件用途

3.記憶關(guān)鍵地址對(duì)應(yīng)關(guān)系

4.理解控制字位含義講授法+演示法，[插入圖片：圖7-5、表7-6、7-7、7-8]硬件組態(tài)與通信配置（20min）1.在TIAPortal中安裝GSD文件（圖7-6、7-7）

2.添加PROFINET從站模塊（圖7-8），選擇“Standard，MRP”

3.網(wǎng)絡(luò)連接：將從站分配給PLC（圖7-9）

4.配置硬件：插槽1添加“64byteI”，插槽2添加“64byteO”（圖7-10）

5.設(shè)置從站IP地址（與PLC同網(wǎng)段）和設(shè)備名稱（如“ETD_PN_1”），取消“自動(dòng)生成”（圖7-11）

6.在線分配設(shè)備名稱：在線訪問→更新可訪問設(shè)備→分配名稱，并可選LED閃爍驗(yàn)證（圖7-12）

7.下載配置到PLC1.分步演示GSD安裝（注意選擇正確的GSD文件）

2.演示從站添加、網(wǎng)絡(luò)連接

3.演示硬件配置：必須添加64byteI和64byteO，順序不能錯(cuò)

4.演示IP和設(shè)備名稱設(shè)置，強(qiáng)調(diào)設(shè)備名稱只能用小寫字母、數(shù)字等

5.演示在線分配設(shè)備名稱（重點(diǎn)：LED閃爍確認(rèn)物理設(shè)備）

6.下載到PLC，觀察是否報(bào)錯(cuò)1.小組在TIAPortal中安裝GSD文件

2.添加從站并配置網(wǎng)絡(luò)

3.設(shè)置IP和設(shè)備名稱

4.在線分配設(shè)備名稱，驗(yàn)證LED閃爍

5.下載配置實(shí)訓(xùn)操作法+演示法PLC編程與HMI聯(lián)調(diào)（25min）1.編寫PLC程序：

-用MOVE指令將HMI設(shè)定的速度值（0~10000）寫入QW70（速度給定）

-將控制字（如正轉(zhuǎn)時(shí)QW72=2，反轉(zhuǎn)時(shí)QW72=2+方向位等）寫入QW72

-讀取IW68（狀態(tài)字）、IW70（故障字）、IW74（速度反饋）并存入DB或M區(qū)

-處理正反轉(zhuǎn)、停止、故障復(fù)位邏輯

2.HMI組態(tài)（參考圖7-13）：

-按鈕：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、故障復(fù)位

-IO域：速度設(shè)定、速度反饋

-指示燈：運(yùn)行、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、報(bào)警

3.聯(lián)調(diào)：下載PLC和HMI程序，操作HMI，觀察直流電動(dòng)機(jī)響應(yīng)及反饋值1.分步演示MOVE指令編寫：速度給定、控制字寫入

2.演示讀取狀態(tài)字，并用位邏輯提取運(yùn)行、正反轉(zhuǎn)等狀態(tài)

3.演示故障復(fù)位：通過MOVE寫入控制字（如QW72=0后再置位復(fù)位位）

4.演示HMI組態(tài)：按鈕關(guān)聯(lián)M點(diǎn)，IO域關(guān)聯(lián)DB變量，指示燈關(guān)聯(lián)狀態(tài)字位

5.指導(dǎo)聯(lián)調(diào)：設(shè)置不同速度，觀察電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行；模擬故障（斷開使能）后復(fù)位1.小組編寫PLC程序（MOVE指令、位邏輯）

2.組態(tài)HMI畫面，關(guān)聯(lián)變量

3.下載程序，聯(lián)調(diào)測(cè)試：

-正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止

-改變速度給定，觀察實(shí)際速度反饋

-故障復(fù)位

4.記錄調(diào)試問題及解決方法實(shí)訓(xùn)操作法+任務(wù)驅(qū)動(dòng)評(píng)價(jià)總結(jié)（5min）1.小組展示系統(tǒng)運(yùn)行成果（HMI控制直流電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)調(diào)速）

2.教師點(diǎn)評(píng)與總結(jié)

3.完成自評(píng)、互評(píng)（表7-11、7-20）1.聽取小組匯報(bào)，簡(jiǎn)要點(diǎn)評(píng)

2.總結(jié)本任務(wù)核心技能點(diǎn)：GSD安裝、從站組態(tài)、地址映射、MOVE讀寫、HMI聯(lián)調(diào)

3.強(qiáng)調(diào)安全規(guī)范（主電路斷電操作、勵(lì)磁保護(hù)）與5S管理

4.發(fā)布課后拓展任務(wù)1.小組代表演示HMI控制電動(dòng)機(jī)

2.填寫評(píng)價(jià)表

3.整理工位，5S清掃展示評(píng)價(jià)法+歸納總結(jié)課后拓展（課后）1.完善實(shí)訓(xùn)報(bào)告

2.思考：如何通過PN通信讀取直流調(diào)速器的電流反饋（IW72）并在HMI顯示？

3.預(yù)習(xí)后續(xù)內(nèi)容1.智慧樹在線課平臺(tái)發(fā)布實(shí)訓(xùn)報(bào)告模板

2.推送電流反饋映射資料

3.發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)單1.提交實(shí)訓(xùn)報(bào)告

2.查閱資料，預(yù)習(xí)線上平臺(tái)+任務(wù)驅(qū)動(dòng)四、課后反思教學(xué)實(shí)效1.

技能掌握扎實(shí)：通過2課時(shí)的講練結(jié)合，大部分學(xué)生能獨(dú)立完成GSD安裝、從站組態(tài)、地址分配、PLC編程和HMI聯(lián)調(diào)，成功實(shí)現(xiàn)PN通信控制直流調(diào)速器。

2.

知識(shí)目標(biāo)達(dá)成：學(xué)生能夠理解PROFINET-IO通信原理，掌握輸入/輸出緩沖區(qū)映射關(guān)系，正確使用MOVE指令讀寫數(shù)據(jù)。

3.

安全意識(shí)提升：實(shí)訓(xùn)過程中強(qiáng)調(diào)主電路接線安全、勵(lì)磁保護(hù)，學(xué)生操作規(guī)范性良好。

4.

團(tuán)隊(duì)協(xié)作有效：小組分工完成組態(tài)、編程和HMI組態(tài)，共同解決通信故障。不足與改進(jìn)不足1