運(yùn)動控制技術(shù)與應(yīng)用 教案 任務(wù)5.1 S7-1200 PLC PN通信控制V90伺服速度

任務(wù)5.1S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度一、基本信息任務(wù)名稱S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度授課學(xué)時4學(xué)時授課班級授課人數(shù)授課地點(diǎn)運(yùn)動控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)室課型理實(shí)一體化課參考標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)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(shù)手冊；XX學(xué)院《運(yùn)動控制技術(shù)與應(yīng)用》課程標(biāo)準(zhǔn)；全國職業(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)評分標(biāo)準(zhǔn)參考教材《運(yùn)動控制技術(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5通信控制伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)→任務(wù)5.1S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度教學(xué)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(bào)文（標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1、2、3、5及制造商報(bào)文102、105、111）

3.標(biāo)準(zhǔn)報(bào)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(biāo)準(zhǔn)報(bào)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(shè)備名稱、配置報(bào)文1）

7.V-ASSISTANT軟件設(shè)置（控制模式、通信報(bào)文、IP地址、取消未用DI功能）

8.PLC編程與HMI組態(tài)（變量關(guān)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(wù)，學(xué)生需要掌握V90PN的X8接口功能、PROFINET通信配置、標(biāo)準(zhǔn)報(bào)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(xué)時的理實(shí)一體化教學(xué)，使學(xué)生具備使用PN通信實(shí)現(xiàn)伺服速度控制的能力。（二）學(xué)情分析知識和技能基礎(chǔ)學(xué)生已完成項(xiàng)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(xiàng)目3任務(wù)1），但對GSD文件安裝、報(bào)文配置及SINA_SPEED功能塊不熟悉。訴求和素養(yǎng)儲備學(xué)生對工業(yè)以太網(wǎng)通信控制伺服有較高興趣，因?yàn)檫@是現(xiàn)代自動化的主流；部分學(xué)生對報(bào)文、控制字等概念理解較抽象，需結(jié)合實(shí)例講解。學(xué)習(xí)特點(diǎn)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(biāo)分析知識目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1的結(jié)構(gòu)（控制字、狀態(tài)字、速度設(shè)定值/實(shí)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(biāo)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(shè)置V90PN為速度控制模式、標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1、IP地址和設(shè)備名稱。

3.能在TIAPortal中安裝GSD文件、添加V90PN、配置報(bào)文1、分配設(shè)備名稱。

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

2.養(yǎng)成規(guī)則意識、標(biāo)準(zhǔn)意識和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.V90PN的X8接口標(biāo)準(zhǔn)接線及數(shù)字量輸入/輸出功能

2.GSD文件安裝、V90PN添加與報(bào)文1配置

3.SINA_SPEED功能塊的調(diào)用與參數(shù)設(shè)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(qiáng)調(diào)設(shè)備名稱一致性

3.演示FB285調(diào)用，講解硬件標(biāo)識符獲取方法

4.對照表5-8講解ConfigAxis默認(rèn)值，演示速度換算教學(xué)難點(diǎn)1.標(biāo)準(zhǔn)報(bào)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(biāo)定（16384對應(yīng)p2000最大轉(zhuǎn)速）

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

2.用比例公式：給定值=16384×（設(shè)定轉(zhuǎn)速/p2000）

3.演示在線分配方法，并強(qiáng)調(diào)用LED閃爍確認(rèn)物理設(shè)備（五）教學(xué)策略教學(xué)流程第1課時：X8接口與通信基礎(chǔ)（45min）→第2課時：硬件組態(tài)與V90參數(shù)設(shè)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(xué)方法講授法、任務(wù)驅(qū)動法、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：發(fā)布預(yù)習(xí)資料（報(bào)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(xué)資源實(shí)物：S7-1200PLC（CPU1214CDC/DC/DC）、V90PN伺服驅(qū)動器、1FL6伺服電動機(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、參數(shù)設(shè)置表、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)容教師活動學(xué)生活動教學(xué)方法與手段知識探索1.觀看微課《V90PN通信控制與標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1》

2.預(yù)習(xí)教材中“X8接口”、“常用報(bào)文”、“標(biāo)準(zhǔn)報(bào)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(yù)習(xí)視頻和任務(wù)單

2.發(fā)布討論題：“PN通信相比脈沖控制有何優(yōu)點(diǎn)？”

3.上傳GSD文件及報(bào)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(chǔ)）教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動教學(xué)方法與手段任務(wù)導(dǎo)入（5min）展示HMI運(yùn)行界面（圖5-1），要求通過PN通信實(shí)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(wù)：PN通信配置與編程

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.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(biāo)準(zhǔn)應(yīng)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(shí)物講解X8針腳位置

2.講解常用輸入信號功能（RESET復(fù)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(qiáng)調(diào)如果X8不接線，需在V-ASSISTANT中取消對應(yīng)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接線圖通信報(bào)文講解（20min）1.常用報(bào)文（表5-4）：速度控制常用標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1、2、3；EPOS用7、9、111

2.標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1結(jié)構(gòu)（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(xiàng)目3表3-3）：16#047E停止、16#047F正轉(zhuǎn)、16#0C7F反轉(zhuǎn)、16#04FE故障復(fù)位

4.狀態(tài)字ZSW1各位定義（參考項(xiàng)目3表3-4）

5.制造商報(bào)文105、111簡介1.展示表5-4，說明不同報(bào)文的應(yīng)用場景

2.對照表5-5講解報(bào)文1只有兩個字，簡單明了

3.拆解16#047F二進(jìn)制：0010001111111，對應(yīng)位0=1（ON），位1=1（OFF2無效），位2=1（OFF3無效），位3=1（允許運(yùn)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(bào)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(bào)文要點(diǎn)1.點(diǎn)評常見誤解（如控制字位10必須為1）

2.預(yù)告下節(jié)課硬件組態(tài)1.記錄要點(diǎn)

2.保存項(xiàng)目歸納總結(jié)法課中（第2課時：硬件組態(tài)與V90參數(shù)設(shè)置）教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動教學(xué)方法與手段復(fù)習(xí)導(dǎo)入（5min）復(fù)習(xí)報(bào)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(fù)習(xí)提問法硬件組態(tài)實(shí)訓(xùn)（25min）1.安裝GSD文件（圖5-8說明）：選項(xiàng)→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(shè)備→PROFINETIO→Drivers→SIEMENSAG→SINAMICSV90PNV1.0

3.網(wǎng)絡(luò)連接：拖拽連接PLC與V90PN（圖5-9）

4.設(shè)置IP地址（192.168.0.x）和設(shè)備名稱（如v90-pn）（圖5-10）

5.配置報(bào)文1：設(shè)備概覽→子模塊→標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1，PZD-2/2（圖5-11）

6.分配設(shè)備名稱：在線訪問→更新可訪問設(shè)備→分配名稱，可選LED閃爍驗(yàn)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(qiáng)調(diào)硬件版本選擇

3.演示網(wǎng)絡(luò)連接和IP/設(shè)備名稱設(shè)置

4.演示配置報(bào)文1（注意插槽順序）

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.下載硬件配置到PLC1.小組安裝GSD文件

2.添加V90PN并設(shè)置IP和設(shè)備名稱

3.配置報(bào)文1

4.在線分配設(shè)備名稱，驗(yàn)證成功實(shí)訓(xùn)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(luò)后圖5-10設(shè)置V90PN的IP地址和設(shè)備名稱V-ASSISTANT參數(shù)設(shè)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(bào)文：標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文1（圖5-18）

4.網(wǎng)絡(luò)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(shè)置速度控制模式和報(bào)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(shè)置控制模式、報(bào)文、IP和站名

3.取消未用DI功能

4.保存參數(shù)并重啟實(shí)訓(xùn)操作法+演示法，圖5-18V90PN伺服驅(qū)動器通信報(bào)文配置圖5-19配置V90PN設(shè)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(shè)置要點(diǎn)1.點(diǎn)評常見錯誤（設(shè)備名稱不一致、IP不在同網(wǎng)段）

2.預(yù)告下節(jié)課SINA_SPEED編程1.記錄要點(diǎn)

2.保存項(xiàng)目歸納總結(jié)法課中（第3課時：SINA_SPEED編程與調(diào)試）教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動教學(xué)方法與手段復(fù)習(xí)導(dǎo)入（5min）復(fù)習(xí)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(fù)習(xí)提問法新知講解與實(shí)訓(xùn)（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(yīng)答

-SpeedSp：轉(zhuǎn)速設(shè)定值（rpm）

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

-ConfigAxis：默認(rèn)16#003F（位0~5=1）（表5-8）

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

3.編寫程序：

-將HMI設(shè)定的速度值傳至SpeedSp

-EnableAxis接M0.0（HMI使能按鈕）

-AckError接M0.1（故障復(fù)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(fù)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(rèn)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(qiáng)制EnableAxis，觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)1.小組添加SINA_SPEED，配置硬件標(biāo)識符

2.編寫使能、速度給定、故障應(yīng)答程序

3.下載并測試：使能后給定不同速度，觀察電機(jī)響應(yīng)

4.監(jiān)控ActVelocity反饋值實(shí)訓(xùn)操作法+任務(wù)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(shè)備名稱未分配、報(bào)文不匹配

2.強(qiáng)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(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動教學(xué)方法與手段復(fù)習(xí)導(dǎo)入（5min）復(fù)習(xí)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(fù)習(xí)提問法新知講解與實(shí)訓(xùn)（25min）1.查看報(bào)文1的地址：在設(shè)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(fù)位：16#04FE→QW64

3.速度給定：QW66（第二個字），范圍0~16384對應(yīng)0~p2000

-用標(biāo)準(zhǔn)化指令計(jì)算：速度給定值=設(shè)定轉(zhuǎn)速/p2000×16384

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

5.編寫PLC程序（圖5-21）：

-HMI按鈕控制正反轉(zhuǎn)、停止、復(fù)位

-HMIIO域設(shè)定速度，經(jīng)換算后送QW66

-讀取實(shí)際速度送HMI顯示1.演示查看報(bào)文1的I/O地址（默認(rèn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、停止、復(fù)位功能

3.完成速度換算并下載測試

4.觀察電機(jī)響應(yīng)，對比兩種方法實(shí)訓(xùn)操作法+任務(wù)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(jìn)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(yùn)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(fù)位

-IO域：速度設(shè)定、速度反饋

-指示燈：運(yùn)行（I64.2）、正轉(zhuǎn)（I65.7=1）、反轉(zhuǎn)（I65.7=0）、報(bào)警（I64.3）

3.關(guān)聯(lián)變量：按鈕關(guān)聯(lián)M點(diǎn)，IO域關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)塊變量，指示燈關(guān)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(guān)聯(lián)變量

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

4.指導(dǎo)聯(lián)調(diào)：操作HMI，觀察電機(jī)正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、故障復(fù)位1.小組組態(tài)HMI畫面，關(guān)聯(lián)變量

2.下載HMI程序，進(jìn)行聯(lián)調(diào)

3.測試所有功能，記錄結(jié)果實(shí)訓(xùn)操作法+演示法，評價(jià)總