运动控制技术与应用 教案 任务2.2 HMI、PLC控制G120C变频器正反转与模拟量调速

任务2.2HMI、PLC控制G120C变频器正反转与模拟量调速一、基本信息任务名称HMI、PLC控制G120C变频器正反转与模拟量调速授课学时4学时授课班级授课人数授课地点运动控制技术实训室课型理实一体化课参考标准国家标准GB/T12668.2-2002《调速电气传动系统》；西门子G120C变频器技术手册；XX学院《运动控制技术与应用》课程标准；全国职业院校技能大赛“现代电气控制系统安装与调试”赛项评分标准参考教材《运动控制技术与应用》机械工业出版社2026.6二、教学分析（一）教学内容内容位置项目2端子控制变频器运动控制系统→任务2.2HMI、PLC控制G120C变频器正反转与模拟量调速教学内容1.变频器、PLC、HMI的选型（G120C、S7-1200、KTP700）

2.G120C变频器的控制电路接口与端子接线（数字量、模拟量、电源、保护端子）

3.接口宏12的功能与参数设置

4.用Startdrive软件调试变频器（在线访问、分配IP、调试向导、控制面板、参数分配）

5.PLC编程（新增变量、梯形图程序：正反转控制、标准化与缩放指令）

6.HMI组态（添加设备、连接PLC、组态指示灯、按钮、IO域）

7.系统联调与故障排查内容分析本次课是端子控制变频器的综合实践任务，整合了HMI、PLC和变频器，构成完整的运动控制系统。学生需要掌握设备选型、电气接线、变频器调试、PLC编程、HMI组态以及系统联调。通过4学时的理实一体化教学，使学生具备独立完成中小型自动化项目的能力。（二）学情分析知识和技能基础学生已完成项目1和任务2.1的学习，掌握了变频器BOP操作、端子固定转速控制；对PLC标准化和缩放指令有初步了解，对HMI组态不熟悉，缺乏集成调试经验。诉求和素养储备学生对HMI+PLC+变频器的组合控制有浓厚兴趣，因为这更接近工业现场实际；部分学生对博途软件操作不熟练，需加强练习；安全意识、规范操作习惯需持续强化。学习特点喜欢通过软件操作实现可视化控制，对触摸屏组态感到新奇；对参数设置和程序调试有畏难情绪，需要分步演示和反复练习；乐于通过小组协作解决联调问题。（三）目标分析知识目标1.了解S7-1200PLC和KTP700触摸屏的结构、工作原理及铭牌参数。

2.理解G120C变频器的控制电路接口（数字量、模拟量、保护端子）及宏12的功能。

3.掌握用Startdrive软件调试变频器的基本步骤（在线访问、分配IP、调试向导、控制面板）。

4.理解模拟量输入/输出在PLC中的标准化（NORM_X）和缩放（SCALE_X）处理。能力目标1.能根据电气原理图完成G120C变频器、S7-1200PLC、KTP700HMI的接线。

2.能用Startdrive软件设置变频器参数（宏12、模拟量输入类型、最大转速等），并通过控制面板调试。

3.能用TIAPortal编写PLC程序（正反转控制、模拟量转换），并下载调试。

4.能用TIAPortal组态HMI画面（按钮、指示灯、IO域），并实现与PLC的联动控制。素质目标1.通过了解我国自动化技术的进步，厚植爱国情怀，增强科技报国决心。

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。（四）教学重难点类型重难点内容确立依据解决方法教学重点1.G120C变频器控制端子接线（数字量、模拟量、公共端）

2.Startdrive软件调试变频器（分配IP、调试向导、控制面板）

3.PLC模拟量标准化与缩放指令（NORM_X、SCALE_X）的应用

4.HMI组态及与PLC的变量关联集成控制系统的核心技能1.对照实物和接线图分步讲解、演示

2.教师分步演示软件操作，学生同步练习

3.提供模拟量转换公式推导，结合实例计算

4.发放变量关联表，分组练习教学难点1.Startdrive调试向导中各类参数的含义及设置（宏12、应用等级、电动机参数等）

2.模拟量输入/输出的定标与标准化转换（0-10V/4-20mA对应0-27648）

3.HMI与PLC的变量通信及地址匹配

4.系统联调中故障的排查（如变频器不启动、模拟量无输出）涉及多个软件和硬件的协同，参数多，逻辑复杂1.用表格汇总调试向导各步骤的关键参数及作用

2.通过“电流-转速”转换公式推导，配合监控表验证

3.提前整理变量地址对照表，避免地址冲突

4.总结常见故障现象及解决方法（如STO端子未短接、模拟量开关未拨对）（五）教学策略教学流程第1课时：设备选型与电气接线（45min）→第2课时：变频器调试（Startdrive）（45min）→第3课时：PLC编程与模拟量处理（45min）→第4课时：HMI组态与系统联调（45min）教学方法讲授法、任务驱动法、演示法、小组协作法、实训操作法信息化手段1.智慧树在线课平台：发布预习资料（Startdrive调试视频、PLC模拟量转换微课）

2.TIAPortal软件（V18）、Startdrive组件

3.数字化资源：G120C手册、S7-1200手册、变量地址速查表教学资源实物：G120C变频器、S7-1200PLC（CPU1212C）、KTP700HMI、三相异步电动机、断路器、开关电源、网线、导线、万用表、电工工具；资料：电气原理图（图2-35）、参数表（表2-22）、实训工单三、教学安排课前教学环节教学内容教师活动学生活动教学方法与手段知识探索1.观看微课《Startdrive调试G120C变频器》

2.预习教材中“G120C控制端子”、“宏12”和“PLC模拟量转换”部分

3.浏览TIAPortal基本操作视频1.智慧树在线课平台发布预习视频和任务单

2.发布讨论题：“PLC如何用模拟量控制变频器频率？”

3.上传G120C、S7-1200手册节选1.观看视频，了解Startdrive基本流程

2.阅读教材，记录疑问

3.初步认识模拟量转换指令线上平台+微课视频，提前熟悉集成调试流程课中（第1课时：设备选型与电气接线）教学内容教师活动学生活动教学方法与手段任务导入（5min）回顾技能大赛和水处理项目需求，引出本课任务：用HMI、PLC控制变频器实现正反转和模拟量调速1.提问：“如何实现触摸屏设定转速？”

2.展示图2-9HMI运行画面，明确本课任务

3.强调安全注意事项1.思考并回答

2.明确学习目标案例教学法新知讲解（15min）1.设备选型：G120C变频器（表2-16）、S7-1200PLC（图2-10）、KTP700HMI（表2-17、图2-11）

2.G120C控制电路接口（图2-12）及端子功能（图2-13）

3.宏12的端子定义与参数（表2-18）1.对照实物讲解G120C外形及功率范围

2.演示PLC、HMI的硬件组成

3.讲解控制端子：数字量（DI0~DI5）、模拟量（AI0、AO0）、保护端子（14、15）、公共端等

4.说明宏12的默认分配：DI0启停、DI1反转、DI2故障复位、AI0频率给定1.观察实物，记录设备型号

2.识读控制端子图

3.记录宏12的端子分配讲授法+实物演示、电气图绘制与接线实训（20min）1.根据图2-35绘制本任务电气原理图（含PLC、HMI、变频器）

2.完成硬件接线：PLC数字量输出接变频器DI0、DI1；PLC模拟量输出接变频器AI0；变频器模拟量输出接PLC模拟量输入；HMI与PLC网线连接1.发放电气图绘制要求（含评分标准）

2.分步演示接线：PLCQ0.0→变频器DI0（启停），Q0.1→DI1（反转）；PLCAQ0→变频器AI0+（3号端子），AI0-（4号端子）接0V；变频器AO0+（12）→PLCAI+，AO0-（13）→PLCAI-

3.强调断电操作、信号线屏蔽接地1.小组合作绘制电气原理图

2.完成控制电路接线（注意公共端连接）

3.互检接线正确性任务驱动法+小组协作小结与布置（5min）总结接线要点，布置课后预习1.点评接线共性问题

2.预告下节课变频器调试内容1.记录要点

2.整理工位归纳总结法+5S管理课中（第2课时：变频器调试（Startdrive））教学环节教学内容教师活动学生活动教学方法与手段复习导入（5min）复习接线，引入变频器参数设置1.提问：“如何通过软件调试变频器？”

2.展示Startdrive软件界面1.回答

2.打开TIAPortal软件复习提问法新知讲解与实训（35min）1.创建新项目，在线访问，分配IP地址（图2-15、2-16）

2.调试向导：选择应用等级（SDC）、设定值指定（不与PLC连接）、I/O配置（宏12）、驱动设置（IEC）、电动机参数（铭牌）、制动与温度传感器（无）、重要参数（最小/最大转速）、驱动功能（恒定负载）

3.控制面板调试：激活主控权，点动测试，修改转速，观察运行

4.参数分配：修改模拟量输入为单极性0-10V（p0756=0），标定曲线；设置最大转速为1500r/min等

5.保存参数到EEPROM1.分步演示在线访问和IP分配（注意电脑与变频器同网段）

2.分步演示调试向导，讲解每个选项的含义（如宏12、电动机数据识别禁用）

3.演示控制面板操作，测试电动机正反转

4.演示参数视图中修改p0756等参数

5.强调保存参数（RAM→EEPROM）1.小组合作，跟随操作

2.记录调试向导中关键参数设置

3.使用控制面板点动电动机，观察方向

4.修改模拟量输入类型，观察定标曲线

5.保存参数实训操作法+演示法，[图2-15至图2-34]小结与布置（5min）总结Startdrive调试步骤1.点评常见错误（IP未分配、宏12未选、参数未保存）

2.预告下节课PLC编程1.记录要点

2.提交参数表归纳总结法课中（第3课时：PLC编程与模拟量处理）教学环节教学内容教师活动学生活动教学方法与手段复习导入（5min）复习变频器调试，引入PLC控制1.提问：“PLC如何根据触摸屏设定值输出模拟量？”

2.展示模拟量转换公式1.回答

2.打开TIAPortal项目复习提问法新知讲解与实训（35min）1.CPU配置（添加设备、设置IP、启用系统/时钟存储器、模拟量地址）

2.变量组态：默认变量表（I0.0故障、I0.1报警、I0.2运行使能、Q0.0正转、Q0.1反转、IW64模拟量输入、QW96模拟量输出）；数据块（转速设定值、转速实际值等）

3.梯形图编程：

-正反转控制（置位/复位指令）

-模拟量转换：NORM_X和SCALE_X指令（设定转速→模拟量输出；模拟量输入→实际转速）

4.下载程序到PLC，监控调试1.分步演示CPU配置（注意安全设置：取消密码、完全访问权限）

2.演示添加数据块和静态变量

3.编写正反转控制程序段（图2-46程序段1-3）

4.讲解NORM_X和SCALE_X指令原理：标准化（0-27648→0.0-1.0），缩放（0.0-1.0→实际转速）

5.演示下载程序，监控变量表（强制QW96输出，观察IW64变化）1.小组合作配置CPU和变量

2.编写正反转程序

3.完成模拟量转换程序

4.下载并监控，测试模拟量通道实训操作法+讲授法，[图2-36至图2-45]小结与布置（5min）总结PLC编程要点1.点评常见错误（地址冲突、数据类型不匹配、模拟量范围错误）

2.预告下节课HMI组态1.记录要点

2.保存项目归纳总结法课中（第4课时：HMI组态与系统联调）教学环节教学内容教师活动学生活动教学方法与手段复习导入（5min）复习PLC程序，引入HMI组态1.提问：“如何用触摸屏控制PLC？”

2.展示KTP700实物1.回答

2.打开HMI组态向导复习提问法新知讲解与实训（35min）1.添加HMI设备（选型KTP700，版本匹配），连接PLC（图2-48、2-49）

2.组态画面：添加文本域、指示灯（故障、报警、使能、正转、反转）、按钮（正转、反转、停止）、IO域（转速设定、转速显示）

3.变量关联：指示灯关联PLC的I0.0、I0.1、I0.2、M2.3、Q0.1；按钮关联M2.0、M2.1、M2.2；IO域关联数据块中的设定转速和实际转速变量

4.下载HMI程序，系统联调：操作触摸屏，观察电动机运行和转速反馈1.演示添加HMI设备，选择连接PLC

2.演示组态指示灯、按钮、IO域，并关联变量（图2-50、2-51、2-52）

3.演示下载HMI程序（注意设置PG/PC接口）

4.指导学生进行系统联调：设置不同转速，观察电动机响应和触摸屏显示1.小组合作组态HMI画面

2.关联变量，编译下载

3.联调测试：正转、反转、停止、调速

4.记录问题及解决方法实训操作法+演示法，[图2-46至图2-50]评价总结（5min）1.小组展示系统运行成果

2.教师点评与总结

3.完成自评、互评（表2-23、2-24）1.听取小组汇报，简要点评

2.总结本任务核心技能点：设备选型、接线、变频器调试、PLC编程、HMI组态、系统联调

3.强调安全规范与5S管理

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