運動控制技術與應用 教案 任務5.2 S7-1200 PLC PN通信控制V90伺服2軸位置

任務5.2S7-1200PLCPN通信控制V90伺服2軸位置一、基本信息任務名稱S7-1200PLCPN通信控制V90伺服2軸位置授課學時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/T7344-2017《交流伺服電動機通用技術條件》；西門子V90伺服系統技術手冊；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“工業網絡智能控制與維護”賽項評分標準參考教材《運動控制技術與應用》機械工業出版社2026.6二、教學分析（一）教學內容內容位置項目5通信控制伺服運動控制系統安裝與調試→任務5.2S7-1200PLCPN通信控制V90伺服2軸位置教學內容1.S7-1200控制V90PN伺服的三種方法（工藝對象TO、FB284、FB38002）

2.標準報文3的解析（控制字STW1/STW2、狀態字ZSW1/ZSW2、編碼器控制/狀態字）

3.運動軸工藝對象TO的組態（基本參數：驅動器報文3；擴展參數：機械、位置限制、動態、回原點）

4.調試與診斷（軸控制面板、診斷面板）

5.S7-1200運動控制指令（MC_Power、MC_Reset、MC_Home、MC_MoveRelative、MC_MoveAbsolute、MC_MoveJog、MC_Halt）

6.2軸位置控制的PLC編程（數據塊、回原點、絕對定位）

7.HMI組態（文本域、按鈕）內容分析本次課是運動控制技術的綜合應用任務，學生需要掌握S7-1200PLC通過PROFINET通信控制V90PN伺服實現2軸位置控制。內容包括報文解析、工藝對象組態、運動控制指令編程、HMI聯調等。通過4學時的理實一體化教學，使學生具備獨立完成多軸位置控制系統的設計與調試能力。（二）學情分析知識和技能基礎學生已完成任務5.1（單軸速度控制）和前期項目，掌握了V90PN的基本通信、報文設置及單軸運動控制；對多軸協同、回原點、絕對定位等概念有初步了解，但缺乏2軸獨立控制的編程經驗。訴求和素養儲備學生對2軸聯動（如倉儲手爪）有較高興趣，因為這接近工業機器人應用；部分學生對工藝對象組態中的回原點參數（逼近速度、回原點速度、偏移量）理解不深。學習特點喜歡通過軸控制面板調試機械，直觀看到位置變化；對運動控制指令的沿觸發、背景數據塊管理需要反復練習；樂于小組協作完成2軸分別控制。（三）目標分析知識目標1.理解V90PN伺服驅動器常用報文3的結構（控制字、狀態字、編碼器字）。

2.掌握S7-1200運動軸工藝對象TO的組態方法（基本參數、擴展參數、回原點）。

3.理解常用運動控制指令（MC_Power、MC_Home、MC_MoveAbsolute、MC_MoveRelative、MC_MoveJog）的功能與參數。能力目標1.能使用V-ASSISTANT設置V90PN的IP地址、設備名稱、報文3及控制模式（速度控制S）。

2.能在TIAPortal中配置V90PN設備（GSD文件），分配設備名稱，組態工藝對象TO。

3.能編寫PLC程序實現2軸回原點、絕對定位（手爪到倉位A~I）、停止和故障復位。

4.能組態HMI畫面（回原點、取料盒、倉位選擇、停止、故障復位）并與PLC聯調。素質目標將技能大賽任務和評分標準融入課程教學，使學生養成規則意識、標準意識和5S管理的職業素養，培養開拓創新的科學精神和科技報國信心。（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.標準報文3的解析與V90PN通信配置（報文3，速度控制模式）

2.運動軸工藝對象TO的組態（基本參數、機械參數、回原點參數）

3.MC_Home主動回原點的參數設置與編程

4.MC_MoveAbsolute絕對定位指令的應用多軸位置控制的核心技能1.對照表5-12~5-15講解報文3，并通過控制面板驗證

2.分步演示TO組態，強調回原點速度與逼近速度的區別

3.實際運行觀察回原點過程

4.提供絕對定位程序模板，修改位置值測試教學難點1.回原點參數中“歸位開關一側”、“接近速度”、“回原點速度”的理解

2.軟限位與硬限位的配置及作用范圍

3.2軸獨立控制時背景數據塊和工藝對象的管理參數含義抽象，多軸易混淆1.用圖示說明“上側/下側”對停止位置的影響

2.通過實驗：觸發硬限位觀察軸停止，再修改軟限位范圍

3.分別創建X軸和Y軸工藝對象，使用不同的背景DB（五）教學策略教學流程第1課時：報文3解析與V90PN通信配置（45min）→第2課時：工藝對象TO組態（45min）→第3課時：運動控制指令編程（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（報文3、工藝對象組態視頻）

2.TIAPortal軟件、V-ASSISTANT軟件

3.數字化資源：運動控制指令速查表、回原點參數設置示例教學資源實物：S7-1200PLC（CPU1214C）、V90PN伺服驅動器×2、1FL6伺服電動機×2、HMI（KTP700）、網線、傳感器（原點、限位）、按鈕、開關電源、電工工具；資料：I/O分配表（表5-23）、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《標準報文3與V90PN位置控制》

2.預習教材中“標準報文3解析”、“工藝對象TO組態”部分

3.瀏覽TIAPortal運動控制幫助文檔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：“絕對定位前為什么要回原點？”

3.上傳報文3資料1.觀看視頻，了解報文3的PZD結構

2.閱讀教材，記錄疑問

3.初步認識MC_Home等指令線上平臺+微課視頻，提前熟悉位置控制概念課中（第1課時：報文3解析與V90PN通信配置）教學環節教學內容教師活動學生活動教學方法與手段任務導入（5min）展示智能倉儲單元（圖5-22），引出2軸伺服控制手爪到不同倉位的要求1.提問：“如何讓伺服精確移動到指定位置？”

2.明確本課任務：回原點、絕對定位到倉位A~I

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.S7-1200控制V90PN的三種方法（TO、FB284、FB38002）

2.標準報文3結構（表5-12~5-15）：STW1、STW2、G1_STW、ZSW1、ZSW2、G1_ZSW

3.控制字關鍵位：STW1.0ON/OFF1、STW1.3允許運行、STW1.10PLC控制、STW2.12~2.15生命符號

4.狀態字關鍵位：ZSW1.2運行使能、ZSW1.3故障、ZSW1.14方向1.對比報文1和報文3的區別（報文3有編碼器字）

2.逐位講解控制字，強調運行的機制（防止通信中斷）

3.演示通過報文3讀取狀態字，判斷軸狀態1.記錄報文3的PZD分配

2.理解控制字與狀態字的對應關系

3.思考為什么需要生命符號講授法+演示法實訓操作（20min）1.使用V-ASSISTANT設置V90PN參數：Ethernet連接→選擇驅動→控制模式選擇“速度控制（S）”→通信報文選擇“3：標準報文3，PZD-5/9”→取消RESET/TLIM針腳功能

2.在TIAPortal中添加V90PN設備（GSD文件），分配設備名稱，組態報文31.分步演示V-ASSISTANT中設置報文3和IP地址

2.演示TIAPortal中安裝GSD文件、添加V90PN、設置PROFINET設備名稱和IP

3.強調設備名稱必須與V-ASSISTANT中設置的一致

4.演示在線分配設備名稱1.小組操作V-ASSISTANT設置2臺V90PN

2.在TIAPortal中添加2臺V90PN，配置報文3

3.在線分配設備名稱，驗證通信實訓操作法+演示法，[插入圖片：V-ASSISTANT報文設置界面]小結與布置（5min）總結報文3配置要點1.點評常見錯誤（設備名稱不一致、控制模式選錯）

2.預告下節課工藝對象組態1.記錄要點

2.保存項目歸納總結法課中（第2課時：工藝對象TO組態）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）復習報文3，引入工藝對象TO1.提問：“PLC如何通過工藝對象控制軸？”

2.展示軸控制面板1.回答

2.打開TIAPortal復習提問法新知講解與實訓（35min）1.添加工藝對象：選擇TO_PositioningAxis（圖5-23）

2.基本參數：軸名稱、測量單位（mm）、驅動器選擇（V90PN）、報文3（圖5-24、5-25）

3.編碼器參數：增量式編碼器，分辨率（圖5-26）

4.擴展參數：

-機械：電機每轉負載位移（如絲杠螺距10mm/轉）

-位置限制：硬限位開關（I0.1左限、I0.2右限），電平選擇（常閉選低電平）

-動態：最大速度、加速度/減速度

-回原點：主動回原點模式，原點開關I0.3，逼近速度60mm/s，回原點速度40mm/s，原點位置偏移量0（圖5-32）

5.軸控制面板調試（圖5-33）：點動、回原點、絕對/相對定位1.分步演示為X軸添加工藝對象，配置基本參數（注意驅動器報文必須為3）

2.演示機械參數設置（根據實際同步帶）

3.演示硬件限位配置：選擇輸入點，解釋有效電平

4.重點講解回原點參數：逼近速度（快速找開關）、回原點速度（慢速精確定位）、歸位開關一側對停止位置的影響

5.演示軸控制面板：激活軸→點動→回原點→絕對定位（輸入100mm），觀察電機動作1.小組分別為X軸和Y軸創建工藝對象（復制后修改參數）

2.配置機械、限位、動態、回原點參數

3.使用軸控制面板測試回原點和絕對定位

4.記錄調試結果實訓操作法+任務驅動小結與布置（5min）總結TO組態關鍵參數1.點評常見錯誤（報文不匹配、限位電平錯誤、回原點速度過快）

2.預告下節課運動控制指令1.記錄要點

2.保存項目歸納總結法課中（第3課時：運動控制指令編程）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）復習工藝對象，引入運動控制指令1.提問：“如何使用指令實現回原點和絕對定位？”

2.展示MC_Home、MC_MoveAbsolute指令1.回答

2.打開OB1復習提問法新知講解與實訓（35min）1.運動控制指令概述（圖5-35、5-36）：背景DB自動分配、軸背景DB監控

2.MC_Power：使能軸，StartMode=1（位置控制），StopMode=0（急停）

3.MC_Reset：故障復位（Execute上升沿）

4.MC_Home：主動回原點Mode=3，Position=0（原點位置）

5.MC_MoveAbsolute：絕對定位，Position為目標位置（如倉位坐標）

6.編寫2軸控制程序：

-系統上電后先回原點（通過HMI按鈕觸發）

-選擇倉位按鈕觸發對應軸的絕對定位

-停止按鈕調用MC_Halt

-故障復位按鈕調用MC_Reset

7.下載程序，監控軸狀態1.演示添加MC_Power（注意必須在其他指令前調用）

2.演示MC_Home的Mode=3及參數設置

3.演示創建數據塊（圖5-38）存放倉位位置坐標

4.編寫梯形圖：正/反轉點動（MC_MoveJog）、絕對定位（MC_MoveAbsolute）

5.演示通過MC_Reset清除故障

6.下載程序，通過HMI或監控表測試1.小組編寫2軸控制程序

2.使用數據塊存儲倉位坐標（A~I）

3.下載并測試：先回原點，再絕對定位到不同位置

4.觀察軸運動，記錄實際位置實訓操作法+任務驅動小結與布置（5min）總結運動控制指令的使用要點1.點評常見錯誤（MC_Power未一直使能、Execute未用沿觸發、絕對定位前未回原點）

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：“如何通過觸摸屏選擇倉位？”

2.展示圖5-22運行畫面1.回答

2.打開HMI組態復習提問法新知講解與實訓（35min）1.添加HMI設備（KTP700），連接PLC

2.組態畫面：

-按鈕：回原點、取料盒、倉位A~I、停止、故障復位

3.變量關聯：

-按鈕關聯PLC的M點（如回原點→M0.0，取料盒→M0.1等）

-當前位置關聯軸的實際位置變量（如“軸_1.Position”）

4.下載HMI程序，系統聯調：

-單擊回原點，軸執行主動回原點

-單擊倉位按鈕，軸移動到對應坐標

-運動過程中單擊停止，軸減速停止

-模擬故障，單擊故障復位清除1.演示添加HMI并連接PLC

2.演示組態按鈕、IO域、指示燈（參照圖5-22）

3.講解如何關聯軸的實際位置變量（通過拖拽工藝對象的DB變量）

4.指導聯調：觀察軸動作與HMI顯示的對應關系

5.解決常見問題（如回原點后仍顯示未回原）1.小組組態HMI畫面

2.關聯變量，編譯下載

3.聯調測試：每個倉位按鈕測試，觀察軸定位精度

4.記錄問題及解決方法實訓操作法+演示法評價總結（5min）1.小組展示系統運行成果（從回原點到多個倉位定位）

2.教師點評與總結

3.完成自評、互評（表5-24、5-25）1.聽取小組匯報，簡要點評

2.總結本任務核心技能點：報文3配置、TO組態、運動控制指令、HMI聯調

3.強調安全規范與5S管理

4.發布課后拓展任務1