運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用 教案 任務(wù)3.1 S7-1200 PLC PN通信控制G120變頻器

任務(wù)3.1S7-1200PLCPN通信控制G120變頻器一、基本信息任務(wù)名稱S7-1200PLCPN通信控制G120變頻器授課學(xué)時(shí)4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)》；西門子G120變頻器技術(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“現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試”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3通信控制變頻器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)→任務(wù)3.1S7-1200PLCPN通信控制G120變頻器教學(xué)內(nèi)容1.G120變頻器現(xiàn)場(chǎng)總線接口及PROFIdrive通信協(xié)議

2.通信報(bào)文結(jié)構(gòu)（報(bào)文1、20、350、352等）及控制字/狀態(tài)字定義（表3-1~3-4）

3.PN通信參數(shù)設(shè)置（添加驅(qū)動(dòng)、分配IP地址和設(shè)備名稱、調(diào)試向?qū)А⒖刂泼姘濉?shù)下載）

4.1200PLC與G120的通信連接及硬件組態(tài)

5.兩種編程方法：SinaSpeed功能塊控制；直接控制PZD區(qū)控制字

6.HMI組態(tài)（按鈕、指示燈、IO域）及狀態(tài)字位信號(hào)關(guān)聯(lián)

7.系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與故障排查內(nèi)容分析本次課是通信控制變頻器的核心任務(wù)，學(xué)生從端子/模擬量控制過渡到工業(yè)以太網(wǎng)通信控制。需要理解PROFIdrive協(xié)議、報(bào)文結(jié)構(gòu)、控制字/狀態(tài)字含義，掌握G120變頻器的PN通信參數(shù)設(shè)置，并能在TIAPortal中完成PLC編程和HMI組態(tài)。通過4學(xué)時(shí)的理實(shí)一體化教學(xué)，使學(xué)生具備獨(dú)立完成PN通信控制變頻器的能力（二）學(xué)情分析知識(shí)和技能基礎(chǔ)學(xué)生已完成項(xiàng)目2的任務(wù)（端子控制、模擬量調(diào)速、PID控制），掌握了G120C變頻器的基本調(diào)試及PLC/HMI集成；對(duì)PN通信了解不多，缺乏報(bào)文配置和通信編程經(jīng)驗(yàn)。訴求和素養(yǎng)儲(chǔ)備學(xué)生對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)通信控制變頻器有較高興趣，因?yàn)檫@是現(xiàn)代自動(dòng)化的發(fā)展方向；部分學(xué)生對(duì)報(bào)文、控制字等抽象概念理解困難，需結(jié)合實(shí)例講解。學(xué)習(xí)特點(diǎn)喜歡通過軟件操作實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，對(duì)通信配置感到新奇；對(duì)參數(shù)設(shè)置和通信故障排查有畏難情緒，需要分步演示和反復(fù)練習(xí)；樂于小組協(xié)作。（三）目標(biāo)分析知識(shí)目標(biāo)1.理解G120變頻器PN通信相關(guān)參數(shù)的功能及PROFIdrive通信協(xié)議。

2.掌握通信報(bào)文的結(jié)構(gòu)（PZD）及控制字STW1、狀態(tài)字ZSW1的各位定義。

3.理解SinaSpeed功能塊及直接控制PZD區(qū)的編程方法。能力目標(biāo)1.能設(shè)計(jì)G120變頻器PN通信控制的電氣接線原理圖和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

2.能完成PN通信的硬件組態(tài)（添加驅(qū)動(dòng)、分配IP地址和設(shè)備名稱、調(diào)試向?qū)В?/p>

3.能用TIAPortal編寫兩種方式的PLC程序（SinaSpeed或直接控制PZD），實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和故障應(yīng)答。

4.能組態(tài)HMI畫面（按鈕、指示燈、IO域），實(shí)現(xiàn)通信監(jiān)控。素質(zhì)目標(biāo)1.通過實(shí)現(xiàn)PN通信控制變頻器，增強(qiáng)科技報(bào)國(guó)信心。

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.變頻器PN通信參數(shù)設(shè)置（分配IP地址、設(shè)備名稱、調(diào)試向?qū)е械暮?選擇）

2.控制字STW1的各位含義（特別是位0ON/OFF1、位1OFF2、位2OFF3、位3使能、位10PLC控制）

3.兩種編程方法：SinaSpeed功能塊；直接傳送16#047F等控制字PN通信是自動(dòng)化集成的核心技能1.分步演示在線分配IP和設(shè)備名稱（注意斷電重分配）

2.對(duì)照表3-3講解控制字，用二進(jìn)制/十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換理解

3.對(duì)比兩種編程方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提供程序模板教學(xué)難點(diǎn)1.控制字STW1的位組合（如16#047F=0010001111111）的含義及實(shí)際應(yīng)用

2.狀態(tài)字ZSW1的位解析（運(yùn)行、故障、方向等）與HMI指示燈關(guān)聯(lián)

3.通信故障排查（設(shè)備名稱不匹配、IP沖突、硬件ID錯(cuò)誤）報(bào)文位定義抽象，故障排查需要經(jīng)驗(yàn)1.拆解控制字二進(jìn)制位，分別解釋每位作用

2.通過監(jiān)控表觀察狀態(tài)字變化，反向驗(yàn)證故障原因

3.總結(jié)常見錯(cuò)誤及解決方法（如“設(shè)備名稱未分配”需重新斷電分配）（五）教學(xué)策略教學(xué)流程第1課時(shí)：PN通信基礎(chǔ)與硬件組態(tài)（45min）→第2課時(shí)：變頻器PN參數(shù)設(shè)置與調(diào)試（45min）→第3課時(shí)：PLC編程（SinaSpeed與直接控制）（45min）→第4課時(shí)：HMI組態(tài)與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)（45min）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通信原理）

2.TIAPortal軟件（V18）、Startdrive組件

3.數(shù)字化資源：控制字速查表、通信故障排查表教學(xué)資源實(shí)物：G120變頻器（帶PN接口）、S7-1200PLC（CPU1212C）、KTP700HMI、三相異步電動(dòng)機(jī)、網(wǎng)線（至少2根）、斷路器、開關(guān)電源、導(dǎo)線、萬用表、電工工具；資料：電氣原理圖、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、參數(shù)表（表3-8）、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通信與PROFIdrive協(xié)議”

2.預(yù)習(xí)教材中“G120現(xiàn)場(chǎng)總線接口”、“通信報(bào)文”和“控制字定義”部分

3.瀏覽TIAPortal通信組態(tài)視頻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：“PN通信相比模擬量控制有何優(yōu)點(diǎn)？”

3.上傳G120PN通信手冊(cè)節(jié)選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)報(bào)文和控制字線上平臺(tái)+微課視頻，提前熟悉PN通信課中（第1課時(shí)：PN通信基礎(chǔ)與硬件組態(tài)）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）回顧項(xiàng)目2的模擬量控制，引出PN通信控制的優(yōu)勢(shì)：減少接線、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能控制1.提問：“如何用一根網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)啟停、調(diào)速和狀態(tài)反饋？”

2.展示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D（圖3-15），明確本課任務(wù)

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（15min）1.G120現(xiàn)場(chǎng)總線接口（圖3-1）及PROFIdrive協(xié)議

2.通信報(bào)文結(jié)構(gòu)（表3-1、3-2）：PZD（過程數(shù)據(jù)）含義

3.控制字STW1各位定義（表3-3）及運(yùn)行準(zhǔn)備/正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/故障應(yīng)答的控制字值（16#047E、16#047F、16#0C7F、16#04FE）

4.狀態(tài)字ZSW1各位定義（表3-4）1.對(duì)照實(shí)物講解PN接口位置

2.用“收發(fā)快遞”比喻報(bào)文：PZD1是命令包裹，PZD2是速度包裹

3.拆解16#047F二進(jìn)制：0010001111111，逐位說明作用

4.展示狀態(tài)字位與HMI指示燈對(duì)應(yīng)關(guān)系1.觀察接口，記錄報(bào)文類型

2.理解PZD的作用

3.記錄常用控制字值

4.理解狀態(tài)字中運(yùn)行、故障等位講授法+比喻教學(xué)硬件組態(tài)實(shí)訓(xùn)（20min）1.添加新設(shè)備：選擇G120變頻器（圖3-2）

2.設(shè)置IP地址和設(shè)備名稱（圖3-3）

3.在線分配設(shè)備名稱和IP地址（圖3-4~3-6）

4.建立PLC與變頻器的PROFINET連接（圖3-11）1.分步演示添加驅(qū)動(dòng)、設(shè)置IP（同網(wǎng)段，如192.168.0.2）和設(shè)備名稱（如G120_1）

2.演示在線分配：設(shè)置PG/PC接口，更新列表，分配名稱，分配IP地址

3.強(qiáng)調(diào)：設(shè)備名稱必須英文/數(shù)字，分配后需斷電重啟生效

4.演示網(wǎng)絡(luò)視圖中拖拽連接PLC與變頻器1.小組合作，跟隨操作添加驅(qū)動(dòng)

2.設(shè)置IP和設(shè)備名稱

3.在線分配名稱和IP，驗(yàn)證成功

4.完成PROFINET連接實(shí)訓(xùn)操作法+演示法小結(jié)與布置（5min）總結(jié)PN組態(tài)步驟，布置課后預(yù)習(xí)1.點(diǎn)評(píng)常見錯(cuò)誤（IP不在同網(wǎng)段、未分配設(shè)備名稱）

2.預(yù)告下節(jié)課變頻器調(diào)試1.記錄要點(diǎn)

2.保存項(xiàng)目歸納總結(jié)法課中（第2課時(shí)：變頻器PN參數(shù)設(shè)置與調(diào)試）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)方法與手段復(fù)習(xí)導(dǎo)入（5min）復(fù)習(xí)硬件組態(tài)，引入變頻器參數(shù)調(diào)試1.提問：“如何通過Startdrive設(shè)置變頻器參數(shù)？”

2.展示調(diào)試向?qū)Ы缑?.回答

2.打開驅(qū)動(dòng)調(diào)試界面復(fù)習(xí)提問法新知講解與實(shí)訓(xùn)（35min）1.啟動(dòng)調(diào)試向?qū)Вx擇應(yīng)用等級(jí)（SDC）

2.設(shè)定值指定：選擇“連接PLC”，斜坡函數(shù)發(fā)生器在變頻器中生效

3.I/O配置：選擇宏7（現(xiàn)場(chǎng)總線PROFINET和點(diǎn)動(dòng)切換）（圖3-8）

4.驅(qū)動(dòng)設(shè)置：IEC標(biāo)準(zhǔn)，輸入電壓380V

5.電動(dòng)機(jī)參數(shù)：根據(jù)銘牌輸入（p0304、p0305、p0307、p0310、p0311）

6.重要參數(shù)：最小/最大轉(zhuǎn)速、加減速時(shí)間

7.驅(qū)動(dòng)功能：恒定負(fù)載，禁用電動(dòng)機(jī)識(shí)別

8.控制面板調(diào)試：激活主控權(quán)，點(diǎn)動(dòng)測(cè)試，修改轉(zhuǎn)速

9.參數(shù)保存/復(fù)位：將參數(shù)保存到EEPROM1.分步演示調(diào)試向?qū)В▓D3-7~3-9）

2.強(qiáng)調(diào)宏7的作用：PROFINET控制，DI可切換點(diǎn)動(dòng)

3.演示電動(dòng)機(jī)參數(shù)輸入（對(duì)照銘牌）

4.演示控制面板調(diào)試：激活主控權(quán)，點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)，修改轉(zhuǎn)速，觀察電機(jī)運(yùn)行

5.演示保存參數(shù)（RAM→EEPROM）

6.巡視指導(dǎo)，解決參數(shù)設(shè)置問題1.小組合作，跟隨操作調(diào)試向?qū)?/p>

2.輸入電動(dòng)機(jī)參數(shù)

3.使用控制面板調(diào)試電機(jī)

4.保存參數(shù)

5.記錄關(guān)鍵參數(shù)值實(shí)訓(xùn)操作法+演示法小結(jié)與布置（5min）總結(jié)變頻器調(diào)試步驟1.點(diǎn)評(píng)常見錯(cuò)誤（宏7未選、電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)不匹配、參數(shù)未保存）

2.預(yù)告下節(jié)課PLC編程1.記錄要點(diǎn)

2.提交參數(shù)表歸納總結(jié)法課中（第3課時(shí)：PLC編程——SinaSpeed與直接控制）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)方法與手段復(fù)習(xí)導(dǎo)入（5min）復(fù)習(xí)PN組態(tài)和變頻器調(diào)試，引入PLC編程1.提問：“PLC如何通過PN發(fā)送控制字和轉(zhuǎn)速給定？”

2.展示兩種編程方法1.回答

2.打開PLC編程界面復(fù)習(xí)提問法新知講解與實(shí)訓(xùn)（35min）1.方法一：使用SinaSpeed功能塊（圖3-12）

-添加選件包，拖放功能塊，分配背景DB

-配置HWIDSTW/HWIDZSW（驅(qū)動(dòng)硬件ID）

-EnableAxis=1啟動(dòng)，SpeedSp轉(zhuǎn)速設(shè)定，RefSpeed參考轉(zhuǎn)速（p2000）

2.方法二：直接控制PZD區(qū)

-查看報(bào)文1的PZD地址：QW256（控制字），QW258（轉(zhuǎn)速設(shè)定值）

-用MOVE指令傳送16#047F（正轉(zhuǎn)）、16#0C7F（反轉(zhuǎn)）、16#047E（停止）、16#04FE（故障復(fù)位）到QW256

-用NORM_X和SCALE_X將設(shè)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為16384對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)速（圖3-14）

3.程序下載與監(jiān)控1.演示添加SinaSpeed功能塊（若軟件無選件包，可說明替代方法）

2.講解硬件ID的獲取（設(shè)備視圖→PROFINET接口→硬件標(biāo)識(shí)符）

3.演示直接控制：建立變量表，編寫正反轉(zhuǎn)停止程序段（圖3-13、3-16）

4.講解轉(zhuǎn)速給定：16384對(duì)應(yīng)p2000（如945rpm），則16384/945=17.34，用標(biāo)準(zhǔn)化指令或直接計(jì)算

5.演示下載程序，監(jiān)控狀態(tài)字IW256觀察電機(jī)狀態(tài)1.小組合作，嘗試兩種編程方法

2.記錄控制字值及轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換公式

3.下載程序，通過監(jiān)控表強(qiáng)制變量測(cè)試

4.觀察電機(jī)響應(yīng)實(shí)訓(xùn)操作法+任務(wù)驅(qū)動(dòng)小結(jié)與布置（5min）總結(jié)兩種編程方法及轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換1.點(diǎn)評(píng)常見錯(cuò)誤（硬件ID錯(cuò)誤、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換系數(shù)不正確）

2.預(yù)告下節(jié)課HMI組態(tài)1.記錄要點(diǎn)

2.保存項(xiàng)目歸納總結(jié)法課中（第4課時(shí)：HMI組態(tài)與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)）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)方法與手段復(fù)習(xí)導(dǎo)入（5min）復(fù)習(xí)PLC程序，引入HMI組態(tài)1.提問：“如何在觸摸屏上顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)？”

2.展示圖3-17HMI畫面1.回答

2.打開HMI組態(tài)向?qū)?fù)習(xí)提問法新知講解與實(shí)訓(xùn)（35min）1.添加HMI設(shè)備（KTP700），連接PLC

2.組態(tài)畫面：文本域、指示燈（故障、運(yùn)行、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）、按鈕（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、復(fù)位）、IO域（設(shè)定轉(zhuǎn)速、實(shí)際轉(zhuǎn)速）

3.變量關(guān)聯(lián)：

-指示燈：運(yùn)行使能（Q0.0?實(shí)際用狀態(tài)字I256.2），正轉(zhuǎn)（I257.7=1），反轉(zhuǎn)（I257.7=0），故障（I256.3）

-按鈕：正轉(zhuǎn)置位M2.1，反轉(zhuǎn)置位M2.2，停止復(fù)位M2.1/M2.2，復(fù)位置位M2.3（脈沖）

-IO域：設(shè)定轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)塊變量，實(shí)際轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)狀態(tài)字轉(zhuǎn)換后的變量

4.下載HMI程序，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：操作HMI，觀察電機(jī)啟停、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及狀態(tài)顯示1.演示添加HMI、連接PLC

2.演示組態(tài)指示燈、按鈕、IO域（圖3-17）

3.講解狀態(tài)字位與指示燈關(guān)聯(lián)：I256.2（運(yùn)行使能）、I257.7（方向：1正轉(zhuǎn)0反轉(zhuǎn)）、I256.3（故障）

4.演示變量關(guān)聯(lián)：按鈕關(guān)聯(lián)M變量，IO域關(guān)聯(lián)DB變量

5.指導(dǎo)聯(lián)調(diào)：通過HMI控制電機(jī)，觀察轉(zhuǎn)速顯示是否與實(shí)際一致1.小組合作組態(tài)HMI畫面

2.關(guān)聯(lián)變量，編譯下載

3.聯(lián)調(diào)測(cè)試：HMI控制正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、調(diào)速，觀察指示燈和轉(zhuǎn)速顯示

4.記錄問題及解決方法實(shí)訓(xùn)操作法+演示法圖3-17評(píng)價(jià)總結(jié)（5min）1.小組展示系統(tǒng)運(yùn)行成果

2.教師點(diǎn)評(píng)與總結(jié)

3.完成自評(píng)、互評(píng)（表3-9、3-10）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)：PN組態(tài)、變頻器調(diào)試、兩種編程方法、HMI組態(tài)

3.強(qiáng)調(diào)安全規(guī)范與5S管理

4.