运动控制技术与应用 教案 任务5.1 S7-1200 PLC PN通信控制V90伺服速度

任务5.1S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度一、基本信息任务名称S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度授课学时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V90伺服系统技术手册；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“工业网络智能控制与维护”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5通信控制伺服运动控制系统→任务5.1S7-1200PLCPN通信控制V90伺服速度教学内容1.V90PN伺服驱动器的控制/状态接口X8及配线（针脚定义、数字量输入/输出、接线图）

2.常用通信报文（标准报文1、2、3、5及制造商报文102、105、111）

3.标准报文1解析（控制字STW1、状态字ZSW1）

4.速度控制方法一：使用SINA_SPEED（FB285）功能块与标准报文1

5.速度控制方法二：通过IO地址直接控制（MOVE指令传送控制字和速度给定）

6.硬件组态（GSD文件安装、添加V90PN、分配IP和设备名称、配置报文1）

7.V-ASSISTANT软件设置（控制模式、通信报文、IP地址、取消未用DI功能）

8.PLC编程与HMI组态（变量关联、控制字传送、速度换算）内容分析本次课是通信控制伺服系统的速度控制任务，学生需要掌握V90PN的X8接口功能、PROFINET通信配置、标准报文1的使用以及两种编程方法（功能块和直接IO地址）。通过4学时的理实一体化教学，使学生具备使用PN通信实现伺服速度控制的能力。（二）学情分析知识和技能基础学生已完成项目4（V90伺服调试），掌握了V90伺服的基本接线、BOP操作和V-ASSISTANT软件使用；对PROFINET通信有一定了解（项目3任务1），但对GSD文件安装、报文配置及SINA_SPEED功能块不熟悉。诉求和素养储备学生对工业以太网通信控制伺服有较高兴趣，因为这是现代自动化的主流；部分学生对报文、控制字等概念理解较抽象，需结合实例讲解。学习特点喜欢通过图形化组态完成通信配置，对功能块调用感到便捷；乐于小组协作完成从组态到HMI联调的完整流程。（三）目标分析知识目标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）。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（SINA_SPEED功能块或直接MOVE指令）实现正反转、调速和故障复位，并组态HMI画面。素质目标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。（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.V90PN的X8接口标准接线及数字量输入/输出功能

2.GSD文件安装、V90PN添加与报文1配置

3.SINA_SPEED功能块的调用与参数设置（HWIDSTW、HWIDZSW获取）

4.通过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.对照图5-5、5-6讲解接线，演示NPN/PNP接线差异

2.分步演示GSD安装和组态，强调设备名称一致性

3.演示FB285调用，讲解硬件标识符获取方法

4.对照表5-8讲解ConfigAxis默认值，演示速度换算教学难点1.标准报文1中控制字各位的含义及组合（16#047F、16#0C7F等）

2.速度给定值的标定（16384对应p2000最大转速）

3.分配设备名称时常见问题（名称不匹配、未分配导致通信故障）概念抽象，易错1.拆解16#047F二进制位，对应表3-3讲解每位作用

2.用比例公式：给定值=16384×（设定转速/p2000）

3.演示在线分配方法，并强调用LED闪烁确认物理设备（五）教学策略教学流程第1课时：X8接口与通信基础（45min）→第2课时：硬件组态与V90参数设置（45min）→第3课时：SINA_SPEED编程与调试（45min）→第4课时：直接IO地址控制及HMI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（报文解析、SINA_SPEED视频）

2.TIAPortal软件、V-ASSISTANT软件

3.数字化资源：GSD文件、控制字速查表教学资源实物：S7-1200PLC（CPU1214CDC/DC/DC）、V90PN伺服驱动器、1FL6伺服电动机、网线、交换机、HMI（KTP700）、开关电源、电工工具；资料：电气原理图、参数设置表、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《V90PN通信控制与标准报文1》

2.预习教材中“X8接口”、“常用报文”、“标准报文1解析”部分

3.浏览V90PN通信手册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：“PN通信相比脉冲控制有何优点？”

3.上传GSD文件及报文资料1.观看视频，了解PN通信流程

2.阅读教材，记录疑问

3.熟悉控制字16#047F等线上平台+微课视频，提前熟悉通信概念课中（第1课时：X8接口与通信基础）教学环节教学内容教师活动学生活动教学方法与手段任务导入（5min）展示HMI运行界面（图5-1），要求通过PN通信实现V90伺服正反转、调速和状态监控1.提问：“如何用一根网线控制伺服？”

2.明确本课任务：PN通信配置与编程

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.V90PNX8接口20针脚定义（表5-1）：DI1~DI4、DO1+/DO1-、DO2+/DO2-、BK+/BK-

2.数字量输入信号（表5-2）：RESET、TLIM、EMGS、CWL、CCWL等

3.数字量输出信号（表5-3）：RDY、FAULT、ZSP、MBR等

4.NPN/PNP接线图（图5-3、5-4）及标准应用接线（图5-5）

5.S7-1200PLC与V90PN接线图（图5-6）：X8可不用，只用网线1.对照实物讲解X8针脚位置

2.讲解常用输入信号功能（RESET复位、EMGS急停、限位）

3.演示NPN和PNP接线区别（共阴极、共阳极）

4.强调如果X8不接线，需在V-ASSISTANT中取消对应DI功能1.记录X8针脚定义

2.理解各输入输出信号作用

3.观察接线图，区分NPN/PNP讲授法+实物演示，[插入图片：图5-2至5-6、图5-2X8连接器20针脚插座NPN接线PNP接线图5-3V90伺服驱动器的数字量输入电路NPN接线PNP接线图5-4V90伺服驱动器数字量输出电路图5-5标准应用接线图通信报文讲解（20min）1.常用报文（表5-4）：速度控制常用标准报文1、2、3；EPOS用7、9、111

2.标准报文1结构（表5-5）：PZD1=STW1，PZD2=NSOLL；发送字同样

3.控制字STW1各位定义（参考项目3表3-3）：16#047E停止、16#047F正转、16#0C7F反转、16#04FE故障复位

4.状态字ZSW1各位定义（参考项目3表3-4）

5.制造商报文105、111简介1.展示表5-4，说明不同报文的应用场景

2.对照表5-5讲解报文1只有两个字，简单明了

3.拆解16#047F二进制：0010001111111，对应位0=1（ON），位1=1（OFF2无效），位2=1（OFF3无效），位3=1（允许运行），位10=1（PLC控制）

4.举例说明正转时发送047F，停止时发送047E1.记录报文1的PZD分配

2.理解控制字各位含义

3.记忆常用控制字值讲授法，小结与布置（5min）总结X8接口和报文要点1.点评常见误解（如控制字位10必须为1）

2.预告下节课硬件组态1.记录要点

2.保存项目归纳总结法课中（第2课时：硬件组态与V90参数设置）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）复习报文1，引入硬件组态1.提问：“PLC如何与V90PN建立通信？”

2.展示GSD文件安装界面1.回答

2.打开TIAPortal复习提问法硬件组态实训（25min）1.安装GSD文件（图5-8说明）：选项→管理通用站描述文件→选择GSD所在文件夹→安装

2.添加V90PN：硬件目录→其他现场设备→PROFINETIO→Drivers→SIEMENSAG→SINAMICSV90PNV1.0

3.网络连接：拖拽连接PLC与V90PN（图5-9）

4.设置IP地址（192.168.0.x）和设备名称（如v90-pn）（图5-10）

5.配置报文1：设备概览→子模块→标准报文1，PZD-2/2（图5-11）

6.分配设备名称：在线访问→更新可访问设备→分配名称，可选LED闪烁验证（图5-12~5-14）1.分步演示GSD安装（若已安装则说明）

2.演示添加V90PN，强调硬件版本选择

3.演示网络连接和IP/设备名称设置

4.演示配置报文1（注意插槽顺序）

5.演示在线分配设备名称，重点：LED闪烁确认物理设备

6.下载硬件配置到PLC1.小组安装GSD文件

2.添加V90PN并设置IP和设备名称

3.配置报文1

4.在线分配设备名称，验证成功实训操作法+演示法，[插入图片：图5-8至5-14]图5-8添加V90PN伺服驱动器图5-9组态V90P与PLC的PE网络后图5-10设置V90PN的IP地址和设备名称V-ASSISTANT参数设置（15min）1.Ethernet连接V90PN（图4-21）

2.选择驱动和控制模式：速度控制（S）

3.选择通信报文：标准报文1（图5-18）

4.网络配置：站名和IP地址与PLC组态一致（图5-19）

5.取消未用DI功能：在IO配置中将RESET、TLIM等取消分配1.演示V-ASSISTANT软件连接V90PN

2.演示设置速度控制模式和报文1

3.演示配置站名和IP，保存并激活（需重启）

4.演示取消未用DI（如DI1的RESET功能）

5.保存参数到ROM1.小组操作V-ASSISTANT连接伺服

2.设置控制模式、报文、IP和站名

3.取消未用DI功能

4.保存参数并重启实训操作法+演示法，图5-18V90PN伺服驱动器通信报文配置图5-19配置V90PN设备的站名和IP地址小结与布置（5min）总结硬件组态和参数设置要点1.点评常见错误（设备名称不一致、IP不在同网段）

2.预告下节课SINA_SPEED编程1.记录要点

2.保存项目归纳总结法课中（第3课时：SINA_SPEED编程与调试）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）复习组态，引入SINA_SPEED功能块1.提问：“如何使用功能块简化编程？”

2.展示FB285功能块1.回答

2.打开程序编辑器复习提问法新知讲解与实训（35min）1.添加SINA_SPEED（图5-15）：从选件包SINAMICS中拖放FB285

2.参数说明（表5-7）：

-EnableAxis：驱动使能

-AckError：故障应答

-SpeedSp：转速设定值（rpm）

-RefSpeed：参考转速（p2000，默认1500rpm）

-ConfigAxis：默认16#003F（位0~5=1）（表5-8）

-HWIDSTW、HWIDZSW：硬件标识符（从设备概览→插槽13→系统常数获取）

3.编写程序：

-将HMI设定的速度值传至SpeedSp

-EnableAxis接M0.0（HMI使能按钮）

-AckError接M0.1（故障复位）

-输出AxisEnabled、Error、ActVelocity用于HMI显示

4.下载程序，监控调试1.演示添加FB285，讲解各引脚作用

2.演示获取HWIDSTW/HWIDZSW（从系统常数中复制数值）

3.演示编写简单程序：置位EnableAxis，给定SpeedSp=200rpm

4.讲解ConfigAxis默认值16#003F含义（位0~5=1，使能OFF2、OFF3等）

5.演示下载程序，通过监控表强制EnableAxis，观察电机运转1.小组添加SINA_SPEED，配置硬件标识符

2.编写使能、速度给定、故障应答程序

3.下载并测试：使能后给定不同速度，观察电机响应

4.监控ActVelocity反馈值实训操作法+任务驱动，图5-15加载SINA_Speed（FB285）功能块故障排查与总结（5min）常见问题及解决方法1.总结常见错误：HWIDSTW错误、设备名称未分配、报文不匹配

2.强调参考转速与最大速度一致性1.记录故障现象及解决方法归纳总结法课中（第4课时：直接IO地址控制及HMI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SINA_SPEED，引入直接IO地址控制1.提问：“如何不用功能块直接控制？”

2.展示MOVE指令传送控制字1.回答

2.打开程序复习提问法新知讲解与实训（25min）1.查看报文1的地址：在设备概览中查看插槽13的I/O地址（如IW64、QW64）

2.控制字传送：

-停止：MOVE16#047E→QW64

-正转：16#047F→QW64

-反转：16#0C7F→QW64

-故障复位：16#04FE→QW64

3.速度给定：QW66（第二个字），范围0~16384对应0~p2000

-用标准化指令计算：速度给定值=设定转速/p2000×16384

4.状态字读取：IW64（状态字）、IW66（实际速度）

5.编写PLC程序（图5-21）：

-HMI按钮控制正反转、停止、复位

-HMIIO域设定速度，经换算后送QW66

-读取实际速度送HMI显示1.演示查看报文1的I/O地址（默认QW64控制字，QW66速度）

2.演示编写正反转程序：用MOVE指令传送常数到QW64

3.演示速度换算：使用NORM_X和SCALE_X指令（或直接用乘法）

4.演示读取状态字，提取位（如运行位I64.2）用于指示灯1.小组编写直接IO地址控制程序

2.实现正反转、停止、复位功能

3.完成速度换算并下载测试

4.观察电机响应，对比两种方法实训操作法+任务驱动，[插入图片：图5-16、5-17、5-20、5-21]图5-16传第一个控制字进行驱动器的起动控制图5-17传第二个控制字给定伺服驱动器运行速度图5-20新增PLC变量HMI组态与联调（15min）1.添加HMI（KTP700），连接PLC

2.组态画面（参考图5-1）：

-按钮：正转、反转、停止、故障复位

-IO域：速度设定、速度反馈

-指示灯：运行（I64.2）、正转（I65.7=1）、反转（I65.7=0）、报警（I64.3）

3.关联变量：按钮关联M点，IO域关联数据块变量，指示灯关联状态字位

4.下载HMI程序，系统联调1.演示添加HMI并连接PLC

2.演示组态按钮、IO域、指示灯，关联变量

3.讲解状态字位的提取：运行位=I64.2，故障位=I64.3，方向位=I65.7

4.指导联调：操作HMI，观察电机正反转、调速、故障复位1.小组组态HMI画面，关联变量

2.下载HMI程序，进行联调

3.测试所有功能，记录结果实训操作法+演示法，评价总