任务5.1 S7-1200 PLC PN通信控制V90伺服速度

S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度任务引入本任务旨在模拟实现高精度磨线机中“转线”电动机的速度控制，构建基于PLC与伺服系统的自动化控制架构，探索工业现场高精度调速的实现路径。【控制目标】：通过HMI人机界面与S7-1200PLC进行数据交互，对V90PN伺服系统实现通信的速度精准控制，确保磨线过程中转速的稳定性与准确性。【核心功能】：完成伺服电机正转、反转、急停等基础逻辑控制；支持HMI端灵活设定目标转速参数；实时采集并监控电机运行状态，具备故障诊断与报警处理能力。【系统构成】：核心硬件由S7-1200PLC作为主控制器、V90PN伺服驱动器驱动伺服电机执行运动指令，结合HMI触摸屏组成完整的人机协作控制系统。任务引入任务目标（1）了解V90PN伺服驱动器X8接口的针脚定义及数字量输入/输出功能。（2）理解标准报文1的结构（控制字、状态字、速度设定值/实际值）。（3）掌握SINA_SPEED功能块（FB285）的参数含义及使用方法。（4）理解通过IO地址直接控制的方法（MOVE指令传送控制字）。1.

知识目标2.能力目标（1）能完成V90PN的X8接口配线（NPN/PNP接线），并取消未用DI功能。（2）能使用V-ASSISTANT设置V90PN为速度控制模式、标准报文1、IP地址和设备名称。（3）能在TIAPortal中安装GSD文件、添加V90PN、配置报文1、分配设备名称。（4）能编写PLC程序（MOVE指令）实现正反转、调速和故障复位，并组态HMI画面。（1）通过实现PLCPN通信控制伺服速度，增强科技报国信心。（2）养成规则意识、标准意识和5S管理的职业素养，培养开拓创新的科学精神。3.素质目标任务准备V90PN伺服驱动器的控制/状态接口X8是一个20针脚的连接器，作为驱动器的核心控制枢纽，集成了关键的数字量I/O与抱闸控制功能。核心功能针脚：包含DI1-DI4数字量输入（可配置复位、扭矩限制等功能）、DO1-DO2数字量输出（反馈故障、就绪等状态），以及BK+/-抱闸控制引脚，实现电机断电制动保护。PLC连接方案：支持“硬接线+PN通信”混合模式（安全信号硬接线，控制指令走网络），也可采用“纯PN通信”模式，所有信号通过工业以太网传输，简化布线并提升通信效率。V90驱动器X8接口20针针脚分布示意X8接口解析01.灵活的数字量接线架构：V90的数字量输入(DI)和输出(DO)内部采用双向光耦设计，无需硬件拨码即可支持PNP（源型）与NPN（漏型）两种主流接线方式，适配不同类型的控制器信号逻辑。02.适配选型与连接关键：PNP适用于漏型输出控制器，NPN适用于源型输出控制器（如S7-1200DC/DC/DC型PLC）。接线时务必根据PLC输出类型匹配，并确保公共端(DI_COM)电位连接正确，保障信号传输稳定。PNP（源型）数字量输入接线示意图NPN（漏型）数字量输入接线示意图V90PN伺服驱动器的常用报文V90PN伺服驱动器的PN接口的可以与S7-1200/1500PLC的PN接口连接通信，通过PROFIdrive报文实现PLC对V90PN的控制。如图所示，通过PROFIdrive报文，PLC向伺服驱动器发送控制字、设定值等命令。同时，伺服驱动器将状态字和实际值等信息传送到PLC，这种控制方式可以实现闭环控制。PLC与驱动器的通信示意图V90PN伺服驱动器的常用报文PLC控制器和伺服驱动器/编码器之间通过多种PROFIdrive报文进行通信，每一种报文都有标准的PZD。对于SIMOTION和SINAMICS系列产品，其报文有标准报文和制造商报文。V90PN在速度控制模式和基本定位器控制模式下支持的标准报文以及西门子制造商报文，见表所示。从伺服器的角度看，接收到的PZD是接收字，待发送的PZD是发送字。表V90PN支持的报文控制模式报文PZD最大数对应参数功能接收字发送字速度控制标准报文1：转速设定值16位22P0922=1速度控制标准报文2：转速设定值32位44P0922=2速度控制标准报文3：转速设定值32位，1个位置编码器59P0922=3速度/位置控（S7-1200配置工艺对象）标准报文5（DSC）：转速设定值32位，1个位置编码器和动态伺服控制99P0922=5速度/位置控制（仅S7-1500/1500T）西门子报文102：转速设定值32位，1个位置编码器和转矩限幅610P0922=102速度/位置控制西门子报文105（DSC）：转速设定值32位，1个位置编码器、转矩限幅和动态伺服控制1010P0922=105速度/位置控制表V90PN支持的报文控制模式报文PZD最大数对应参数功能接收字发送字基本定位控制EPOS标准报文7：基本定位器，含运行程序段选择22P0922=7S7-1200/S7-1500通过SINA_POS（FB284）控制V90EPOS定位标准报文9：基本定位器，含设定值直接给定（MDI）105P0922=9西门子报文110：基本定位器，含设定值直接给定（MDI）、倍率和位置实际值127P0922=110西门子报文111（EPOS）：基本定位器，含设定值直接给定（MDI）倍率、位置实际值和转速实际值1212P0922=111PLC与V90伺服驱动器之间，核心通过PROFIdrive标准报文实现周期性的数据交换机制。PLC作为主站向驱动器发送控制指令，V90作为从站实时反馈设备运行状态，以此构建稳定、高效的运动控制闭环。在实际工程应用中，标准报文1（PZD-2/2）是使用最广泛的报文类型。其结构精简高效，仅包含2个发送PZD（过程数据对象）和2个接收PZD，足以承载速度控制模式下的核心交互数据。数据流向具体为：PLC向V90发送STW1（控制字1，控制电机启停、方向、运行模式）与NSOLL（速度设定值，定义电机目标转速）；V90向PLC反馈ZSW1（状态字1，传递就绪、运行、故障等状态）与NIST（实际速度值，用于监控与闭环调节）。通信报文解析控制字STW1是PLC发给V90伺服驱动器的核心控制指令，为16位整数，每一位对应特定控制功能，通过发送不同十六进制值可精准控制电机状态。常用控制字指令：16#047E为运行准备（停止）状态；16#047F实现电机连续正转，16#0C7F为连续反转；16#04FE用于故障确认复位；16#057E、16#067E则分别对应正向点动与反向点动操作。掌握这些指令是实现伺服精准控制的基础。PLC与V90PROFINET通信数据交互示意图表

常用的标准报文结构报文PZD1PZD2PZD3PZD4PZD5PZD6PZD7PZD8PZD9116位转速设定值STW1NSOLL→把报文发送到总线ZSW1NIST←接收来自总线的报文232位转速设定值STW1NSOLLSTW2

ZSW1NISTZSW2

332位转速设定值，64位编码器STW1NSOLLSTW2G1_STW

ZSW1NISTZSW2G1_ZSWG1_XIST1G1_XIST2532位转速设定值，64位编码器和DSCSTW1NSOLLSTW2G1_STWXERRKPCZSW1NISTZSW2G1_ZSWG1_XIST1G1_XIST2表中关键字的含义：STW1：控制字1STW2：控制字2ZSW1：状态字1ZSW2：状态字2G1_STW：编码器控制字

G1_ZSW：编码器状态字

NIST：实际速度

NSOLL：速度设定值G1_XIST1：编码器实际值1G2_XIST2：编码器实际值2XERR：位置差

KPC：位置闭环增益S7-1200系列PLCPN通信控制V90PN伺服的速度，速度控制算法在V90PN伺服驱动器中，通信实现的方法主要有以下两种：方法一：PLC通过SINA_SPEED（FB285）功能块，V90PN使用标准报文1。方法二：不使用任何专用程序块，利用标准报文1的控制字和状态字通过编程进行控制，使用这种方式需要对报文结构比较熟悉。V90PN伺服驱动器速度控制方法SINA_SPEED（FB285）是西门子官方推荐的V90PN速度控制简便方法，该功能块将底层复杂的报文处理逻辑进行了封装，用户无需深入理解底层通信细节，仅通过配置关键参数即可实现对伺服驱动器的速度控制。核心优势：编程过程简单直观，规避了手动编写报文解析代码的繁琐操作，大幅降低了因底层协议理解偏差导致的程序错误，尤其适合初次接触V90PN通信的工程师快速上手。

方法一：SINA_SPEED(FB285)功能块控制在TIAPortal中完成硬件组态是驱动调试的基础。首先需要安装V90伺服驱动器对应的GSD文件，确保软件能识别该设备。随后进入网络视图界面，依次添加S7-1200PLC控制器与V90PN伺服设备，将两者的PN通信接口通过网络线建立物理连接的逻辑映射，并为PLC和V90PN设备分配同一网段的IP地址，保证网络通信链路畅通，为后续参数配置和程序编写做好准备。图：TIAPortal硬件目录中添加V90PN设备操作示意1.添加设备与建立网络在“网络视图”中，单击V90PN伺服驱动器的蓝色提示“未分配”图标，选择通信的PLC的PN接口；或者直接用鼠标左键选中图中绿色方框处，按住不放将线拉到需要连接的设备绿色方框，完成V90PN与PLC的网络连接。未连接前如上图所示，连接成功如下图所示。图：TIAPortal硬件目录中添加V90PN设备操作示意2.建立V90PN与PLC的PN网络

在“网络视图”中，双击V90PN伺服驱动器，进入“设备视图”，然后依次单击“属性”→“常规”→“PROFINET接口[X150]”→“以太网地址”选项，在下面的界面中输入IP地址“192.168.0.20”，可以“自动生成PROFINET设备名称”，或者去掉前面的勾选，输入设备名称“v90-pn”，如图所示。图：TIAPortal硬件目录中添加V90PN设备操作示意3.设置V90PN的IP地址及设备名称

在设备视图中为V90PN配置标准报文1。进入V90PN的“设备概览”视图，在硬件目录中找到“子模块”→“标准报文1，PZD-2/2”，双击或拖拽此模块至“设备概览”视图的13插槽，如图所示。选中“标准报文1，PZD-2/2”，可以在巡视窗口的属性—常规中修改QW的起始地址。图：TIAPortal硬件目录中添加V90PN设备操作示意4.配置标准报文1

要求项目的V90PN伺服的IP地址和设备名称与实物的一致，需要为实物V90PN分配设备名称。第一种方法：如左图所示，在设备视图中，选中V90PN并单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选中“分配设备名称”，或者直接点击设备视图中工具，弹出如右图所示的窗口，选择电脑连接伺服驱动器的网卡，单击“更新列表”，列表中显示IP地址、MAC地址、设备、PROFINET设备名称、状态信息，选中列表中某行设备，单击“分配名称”按钮。图：TIAPortal硬件目录中添加V90PN设备操作示意5.分配设备名称

第二种方法：在如图所示的项目树中选中“分布式IO→PROFINETIO-System→SINAMICS-V90-PN”并单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“在线和诊断”，将硬件组态好的设备名称分配给V90PN。图：TIAPortal硬件目录中添加V90PN设备操作示意5.分配设备名称项目和实际V90的IP地址和设备名称要完全一致，设备名称不要用汉字。经常因为不一致导致报错。可以通过参考项目2任务1图2-15，在TIAPortal软件左侧项目树“在线访问”，选中连接伺服驱动器的网卡，点击“更新可访问的设备”，找到实际连接的V90伺服驱动器，查看实际伺服驱动器的IP地址和设备名称与项目中的是否一致。如果不一致也可以在“在线访问”中分配IP地址和设备名称，这是分配IP地址和设备名称的第三种方法。图：TIAPortal硬件目录中添加V90PN设备操作示意5.分配设备名称6.调用SINA_SPEED(FB285)功能块在程序中调用FB285功能块时，需重点关注核心引脚的连接配置：驱动使能引脚控制轴的激活，SpeedSp设定目标转速(rpm)，RefSpeed关联额定转速(p2000)；硬件标识符HWIDSTW/HWIDZSW需从设备组态直接拖拽获取，同时ActVelocity引脚用于读取实际速度反馈，确保控制逻辑闭环。在TIAPortal指令库的SINAMICS文件夹中查找并调用SINA_SPEED功能块此方法需要直接操作过程映像区的IO地址，要求工程师对V90报文结构有更深入的熟悉，但相比其他方式拥有更高的控制灵活性，适合定制化程度高的场景。核心原理：硬件组态完成后，标准报文1的过程数据对象(PZD)会自动映射到PLC的过程映像区。输出方向（PLC→V90）中，控制字STW1对应地址QW64，速度设定值NSOLL对应地址QW66；输入方向（V90→PLC）中，状态字ZSW1对应IW64，实际转速NIST对应IW66。编程实现：无需复杂的功能块调用，直接使用基础的MOVE指令，即可将控制字和目标速度值写入对应的输出地址，实现对伺服电机的启停、调速等核心控制逻辑。方法二：IO地址直接控制PART04任务实施全流程从电气安装到软件调试的全链路实践指南，将理论转化为落地成果的关键步骤解析。任务实施根据任务要求，每组配备配电盘或试验台；西门子CPU1214CDC/DC/DC的PLC1台、SINAMICSV90PN伺服驱动器1台、SIMOTICSS-1FL6伺服电机1台、网线2根、传感器若干、通用电工工具1套。请同学们根据任务和实训设备情况采用扑克牌分组法分组，完成下表。组名

小组LOGO

组训

团队成员学号

角色

职责

分工计划表请根据任务要求和实训设备情况，设计绘制电气图和网络拓扑图。绘制完成后，对照电气图检查评分表中评分标准，检查是否存在错误或不标准的地方，完成表中小组自评和互评得分。电气图和网络拓扑图检查评分评分点配分评分标准自评得分互评得分电气图和网络拓扑图设计绘制10正确设计绘制电气图和网络拓扑图，选择元器件，接线正确，图形符号和文字符号符合国家标准要求。每错、漏1处扣2分，不规范每处扣0.5分

请根据绘制电气图，选择需要的电气设备，完成安装和接线，按照电气安装检查评分表中的评分要求，进行自查和互查并在表中评出分数，评分采用扣分制，每项扣完为止。电气安装检查评分表评分点配分评分标准自查得分互查得分元件安装1开关、限位、急停按钮等位置安装不合理，每处扣0.5分

接线头工艺1导线必须压接接线端子，未压接每处扣0.5分

1接线端子露铜超2mm，每处扣0.5分

号码管工艺1导线两端必须套上编号合理的号码管，每少1处扣0.5分

线槽工艺1导线线垂直进线槽，盖上线槽盖，不合要求每处扣0.2分

导线工艺1连接线路导线颜色、线径等按标准规范要求区分，不合要求酌情扣0.2-1分

保护接地1没接地，每处扣0.5分

整体美观度1根据工艺连线的整体美观度酌情扣分

系统初步调试2上电前安全检查，上电后初步检测元件工作是否正常，检查局部电路功能；能够正常上电，给1分

合计

安装与接线伺服参数设置05-01-V90PN伺服通信参数设置视频其他参数采用默认设置，完成V90

PN参数设置后，按照V90

PN参数设置评分表进行小组自评和互评。V90

PN参数设置评分表评分点配分评分标准自评得分互评得分V90PN参数设置10每错一处参数扣1分，扣完为止

伺服参数设置编写程序，下载到PLC，运行调试。按照下表中评分标准进行小组自评和互评。PLC编程与调试PLC编程调试评分表评分点配分评分标准自评得分互评得分PLC编制与调试20能够用TIAPortal软件配置PLC、V90PN，新增PLC变量，编写PLC程序，实现任务要求，错误1处扣1分

PLC编程与调试05-02-PLCPN通信控制V90速度PLC编程视频组态HMI程序，下载到HMI，运行调试。按照下表中评分标准进行小组自评和互评。HMI组态与调试

HMI组态调试评分表评分点配分评分标准自评得分互评得分HMI组态