运动控制技术与应用 教案 任务5.2 S7-1200 PLC PN通信控制V90伺服2轴位置

任务5.2S7-1200PLCPN通信控制V90伺服2轴位置一、基本信息任务名称S7-1200PLCPN通信控制V90伺服2轴位置授课学时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/T7344-2017《交流伺服电动机通用技术条件》；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安装与调试→任务5.2S7-1200PLCPN通信控制V90伺服2轴位置教学内容1.S7-1200控制V90PN伺服的三种方法（工艺对象TO、FB284、FB38002）

2.标准报文3的解析（控制字STW1/STW2、状态字ZSW1/ZSW2、编码器控制/状态字）

3.运动轴工艺对象TO的组态（基本参数：驱动器报文3；扩展参数：机械、位置限制、动态、回原点）

4.调试与诊断（轴控制面板、诊断面板）

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

6.2轴位置控制的PLC编程（数据块、回原点、绝对定位）

7.HMI组态（文本域、按钮）内容分析本次课是运动控制技术的综合应用任务，学生需要掌握S7-1200PLC通过PROFINET通信控制V90PN伺服实现2轴位置控制。内容包括报文解析、工艺对象组态、运动控制指令编程、HMI联调等。通过4学时的理实一体化教学，使学生具备独立完成多轴位置控制系统的设计与调试能力。（二）学情分析知识和技能基础学生已完成任务5.1（单轴速度控制）和前期项目，掌握了V90PN的基本通信、报文设置及单轴运动控制；对多轴协同、回原点、绝对定位等概念有初步了解，但缺乏2轴独立控制的编程经验。诉求和素养储备学生对2轴联动（如仓储手爪）有较高兴趣，因为这接近工业机器人应用；部分学生对工艺对象组态中的回原点参数（逼近速度、回原点速度、偏移量）理解不深。学习特点喜欢通过轴控制面板调试机械，直观看到位置变化；对运动控制指令的沿触发、背景数据块管理需要反复练习；乐于小组协作完成2轴分别控制。（三）目标分析知识目标1.理解V90PN伺服驱动器常用报文3的结构（控制字、状态字、编码器字）。

2.掌握S7-1200运动轴工艺对象TO的组态方法（基本参数、扩展参数、回原点）。

3.理解常用运动控制指令（MC_Power、MC_Home、MC_MoveAbsolute、MC_MoveRelative、MC_MoveJog）的功能与参数。能力目标1.能使用V-ASSISTANT设置V90PN的IP地址、设备名称、报文3及控制模式（速度控制S）。

2.能在TIAPortal中配置V90PN设备（GSD文件），分配设备名称，组态工艺对象TO。

3.能编写PLC程序实现2轴回原点、绝对定位（手爪到仓位A~I）、停止和故障复位。

4.能组态HMI画面（回原点、取料盒、仓位选择、停止、故障复位）并与PLC联调。素质目标将技能大赛任务和评分标准融入课程教学，使学生养成规则意识、标准意识和5S管理的职业素养，培养开拓创新的科学精神和科技报国信心。（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.标准报文3的解析与V90PN通信配置（报文3，速度控制模式）

2.运动轴工艺对象TO的组态（基本参数、机械参数、回原点参数）

3.MC_Home主动回原点的参数设置与编程

4.MC_MoveAbsolute绝对定位指令的应用多轴位置控制的核心技能1.对照表5-12~5-15讲解报文3，并通过控制面板验证

2.分步演示TO组态，强调回原点速度与逼近速度的区别

3.实际运行观察回原点过程

4.提供绝对定位程序模板，修改位置值测试教学难点1.回原点参数中“归位开关一侧”、“接近速度”、“回原点速度”的理解

2.软限位与硬限位的配置及作用范围

3.2轴独立控制时背景数据块和工艺对象的管理参数含义抽象，多轴易混淆1.用图示说明“上侧/下侧”对停止位置的影响

2.通过实验：触发硬限位观察轴停止，再修改软限位范围

3.分别创建X轴和Y轴工艺对象，使用不同的背景DB（五）教学策略教学流程第1课时：报文3解析与V90PN通信配置（45min）→第2课时：工艺对象TO组态（45min）→第3课时：运动控制指令编程（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（报文3、工艺对象组态视频）

2.TIAPortal软件、V-ASSISTANT软件

3.数字化资源：运动控制指令速查表、回原点参数设置示例教学资源实物：S7-1200PLC（CPU1214C）、V90PN伺服驱动器×2、1FL6伺服电动机×2、HMI（KTP700）、网线、传感器（原点、限位）、按钮、开关电源、电工工具；资料：I/O分配表（表5-23）、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《标准报文3与V90PN位置控制》

2.预习教材中“标准报文3解析”、“工艺对象TO组态”部分

3.浏览TIAPortal运动控制帮助文档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：“绝对定位前为什么要回原点？”

3.上传报文3资料1.观看视频，了解报文3的PZD结构

2.阅读教材，记录疑问

3.初步认识MC_Home等指令线上平台+微课视频，提前熟悉位置控制概念课中（第1课时：报文3解析与V90PN通信配置）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）展示智能仓储单元（图5-22），引出2轴伺服控制手爪到不同仓位的要求1.提问：“如何让伺服精确移动到指定位置？”

2.明确本课任务：回原点、绝对定位到仓位A~I

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.S7-1200控制V90PN的三种方法（TO、FB284、FB38002）

2.标准报文3结构（表5-12~5-15）：STW1、STW2、G1_STW、ZSW1、ZSW2、G1_ZSW

3.控制字关键位：STW1.0ON/OFF1、STW1.3允许运行、STW1.10PLC控制、STW2.12~2.15生命符号

4.状态字关键位：ZSW1.2运行使能、ZSW1.3故障、ZSW1.14方向1.对比报文1和报文3的区别（报文3有编码器字）

2.逐位讲解控制字，强调运行的机制（防止通信中断）

3.演示通过报文3读取状态字，判断轴状态1.记录报文3的PZD分配

2.理解控制字与状态字的对应关系

3.思考为什么需要生命符号讲授法+演示法实训操作（20min）1.使用V-ASSISTANT设置V90PN参数：Ethernet连接→选择驱动→控制模式选择“速度控制（S）”→通信报文选择“3：标准报文3，PZD-5/9”→取消RESET/TLIM针脚功能

2.在TIAPortal中添加V90PN设备（GSD文件），分配设备名称，组态报文31.分步演示V-ASSISTANT中设置报文3和IP地址

2.演示TIAPortal中安装GSD文件、添加V90PN、设置PROFINET设备名称和IP

3.强调设备名称必须与V-ASSISTANT中设置的一致

4.演示在线分配设备名称1.小组操作V-ASSISTANT设置2台V90PN

2.在TIAPortal中添加2台V90PN，配置报文3

3.在线分配设备名称，验证通信实训操作法+演示法，[插入图片：V-ASSISTANT报文设置界面]小结与布置（5min）总结报文3配置要点1.点评常见错误（设备名称不一致、控制模式选错）

2.预告下节课工艺对象组态1.记录要点

2.保存项目归纳总结法课中（第2课时：工艺对象TO组态）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3，引入工艺对象TO1.提问：“PLC如何通过工艺对象控制轴？”

2.展示轴控制面板1.回答

2.打开TIAPortal复习提问法新知讲解与实训（35min）1.添加工艺对象：选择TO_PositioningAxis（图5-23）

2.基本参数：轴名称、测量单位（mm）、驱动器选择（V90PN）、报文3（图5-24、5-25）

3.编码器参数：增量式编码器，分辨率（图5-26）

4.扩展参数：

-机械：电机每转负载位移（如丝杠螺距10mm/转）

-位置限制：硬限位开关（I0.1左限、I0.2右限），电平选择（常闭选低电平）

-动态：最大速度、加速度/减速度

-回原点：主动回原点模式，原点开关I0.3，逼近速度60mm/s，回原点速度40mm/s，原点位置偏移量0（图5-32）

5.轴控制面板调试（图5-33）：点动、回原点、绝对/相对定位1.分步演示为X轴添加工艺对象，配置基本参数（注意驱动器报文必须为3）

2.演示机械参数设置（根据实际同步带）

3.演示硬件限位配置：选择输入点，解释有效电平

4.重点讲解回原点参数：逼近速度（快速找开关）、回原点速度（慢速精确定位）、归位开关一侧对停止位置的影响

5.演示轴控制面板：激活轴→点动→回原点→绝对定位（输入100mm），观察电机动作1.小组分别为X轴和Y轴创建工艺对象（复制后修改参数）

2.配置机械、限位、动态、回原点参数

3.使用轴控制面板测试回原点和绝对定位

4.记录调试结果实训操作法+任务驱动小结与布置（5min）总结TO组态关键参数1.点评常见错误（报文不匹配、限位电平错误、回原点速度过快）

2.预告下节课运动控制指令1.记录要点

2.保存项目归纳总结法课中（第3课时：运动控制指令编程）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）复习工艺对象，引入运动控制指令1.提问：“如何使用指令实现回原点和绝对定位？”

2.展示MC_Home、MC_MoveAbsolute指令1.回答

2.打开OB1复习提问法新知讲解与实训（35min）1.运动控制指令概述（图5-35、5-36）：背景DB自动分配、轴背景DB监控

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

3.MC_Reset：故障复位（Execute上升沿）

4.MC_Home：主动回原点Mode=3，Position=0（原点位置）

5.MC_MoveAbsolute：绝对定位，Position为目标位置（如仓位坐标）

6.编写2轴控制程序：

-系统上电后先回原点（通过HMI按钮触发）

-选择仓位按钮触发对应轴的绝对定位

-停止按钮调用MC_Halt

-故障复位按钮调用MC_Reset

7.下载程序，监控轴状态1.演示添加MC_Power（注意必须在其他指令前调用）

2.演示MC_Home的Mode=3及参数设置

3.演示创建数据块（图5-38）存放仓位位置坐标

4.编写梯形图：正/反转点动（MC_MoveJog）、绝对定位（MC_MoveAbsolute）

5.演示通过MC_Reset清除故障

6.下载程序，通过HMI或监控表测试1.小组编写2轴控制程序

2.使用数据块存储仓位坐标（A~I）

3.下载并测试：先回原点，再绝对定位到不同位置

4.观察轴运动，记录实际位置实训操作法+任务驱动小结与布置（5min）总结运动控制指令的使用要点1.点评常见错误（MC_Power未一直使能、Execute未用沿触发、绝对定位前未回原点）

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：“如何通过触摸屏选择仓位？”

2.展示图5-22运行画面1.回答

2.打开HMI组态复习提问法新知讲解与实训（35min）1.添加HMI设备（KTP700），连接PLC

2.组态画面：

-按钮：回原点、取料盒、仓位A~I、停止、故障复位

3.变量关联：

-按钮关联PLC的M点（如回原点→M0.0，取料盒→M0.1等）

-当前位置关联轴的实际位置变量（如“轴_1.Position”）

4.下载HMI程序，系统联调：

-单击回原点，轴执行主动回原点

-单击仓位按钮，轴移动到对应坐标

-运动过程中单击停止，轴减速停止

-模拟故障，单击故障复位清除1.演示添加HMI并连接PLC

2.演示组态按钮、IO域、指示灯（参照图5-22）

3.讲解如何关联轴的实际位置变量（通过拖拽工艺对象的DB变量）

4.指导联调：观察轴动作与HMI显示的对应关系

5.解决常见问题（如回原点后仍显示未回原）1.小组组态HMI画面

2.关联变量，编译下载

3.联调测试：每个仓位按钮测试，观察轴定位精度

4.记录问题及解决方法实训操作法+演示法评价总结（5min）1.小组展示系统运行成果（从回原点到多个仓位定位）

2.教师点评与总结

3.完成自评、互评（表5-24、5-25）1.听取小组汇报，简要点评

2.总结本任务核心技能点：报文3配置、TO组态、运动控制指令、HMI联调

3.强调安全规范与5S管理

4.发布课后拓展任务1