运动控制技术与应用 教案 任务7.2 S7-1200 PLC PN控制直流调速器

任务7.2S7-1200PLCPN控制直流调速器一、基本信息任务名称S7-1200PLCPN控制直流调速器授课学时2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》；ETDDC190S直流调速器技术手册；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“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7直流伺服运动控制系统安装与调试→任务7.2S7-1200PLCPN控制直流调速器教学内容1.PROFINET-IO通信概述（控制器、设备、监视器）

2.直流调速器PROFINET通信卡的安装

3.GSD文件安装，在TIAPortal中添加PROFINET从站模块、网络连接、硬件配置（输入/输出数据长度）

4.分配IP地址和设备名称，在线分配设备名称

5.PLC与直流调速器的数据交换（输入/输出缓冲区对应表7-6、7-7）

6.状态字、故障字、控制字的位定义（表7-8）

7.直流调速器通信参数设置（表7-9，使能由外部IO控制）

8.PLC编程（MOVE指令读写数据）与HMI组态内容分析本次课是直流伺服运动控制系统的通信控制任务，学生需要掌握PROFINET-IO通信的基本概念，学会安装GSD文件、组态从站、分配设备名称、编写数据交换程序，并通过HMI实现直流电动机的正反转、调速和状态监控。通过2学时的理实一体化教学，使学生具备使用PROFINET通信控制直流调速器的能力。（二）学情分析知识和技能基础学生已完成任务7.1（面板和软件调试直流调速器），掌握了直流调速器的接线和基本调试；对PROFINET通信有一定基础（项目3、5），但对GSD文件安装、从站组态及数据映射不熟悉。诉求和素养储备学生对工业以太网通信控制直流系统有较高兴趣，因为符合现代工业网络化趋势；部分学生对输入/输出缓冲区的地址对应关系感到抽象，需要借助表格理解。学习特点喜欢通过TIAPortal图形化组态，对GSD文件安装和从站配置有探索欲望；乐于独立完成通信调试和HMI联调。（三）目标分析知识目标1.了解PROFINET-IO通信的原理（控制器、设备、监视器）及GSD文件的作用。

2.掌握直流调速器PROFINET通信卡的硬件安装。

3.理解GSD文件的添加方法、PLC与直流调速器之间输入/输出缓冲区的数据对应关系（表7-6、7-7）。能力目标1.能完成直流调速器PROFINET通信卡的安装，并正确接线（网线连接）。

2.能在TIAPortal中安装GSD文件，添加PROFINET从站，配置网络和硬件参数。

3.能够分配设备名称和IP地址，并编写PLC程序（MOVE指令）读写控制字、速度给定、状态字等。

4.能组态HMI画面（按钮、IO域、指示灯），实现直流电动机的正反转、调速、停止和故障复位。素质目标1.通过了解我国直流调速技术的进步，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.GSD文件的安装与PROFINET从站组态（添加模块、配置输入/输出长度）

2.在线分配设备名称和IP地址

3.PLC通过MOVE指令读写直流调速器的控制字、速度给定、状态字PROFINET通信的核心操作1.分步演示GSD安装和从站添加，强调输入/输出长度必须为64byte

2.演示在线分配设备名称，并验证LED闪烁

3.提供数据映射表（表7-6、7-7），用MOVE指令示例编程教学难点1.输入/输出缓冲区地址与直流调速器内部寄存器的对应关系（IW68~IW98、QW68~QW98）

2.控制字各位的含义及速度给定标定（10000对应最大速度）

3.直流调速器通信参数中“调速器使能必须由外部IO控制”的理解数据映射抽象，易混淆1.画出地址对应图，并在PLC监控表中观察变化

2.用实例：速度给定2000对应20%最大转速，让学生计算

3.强调参数510必须配置为“调速器使能”由M5.1端子控制，而非通信控制（五）教学策略教学流程任务导入（5min）→新知讲解（10min）→硬件组态与通信配置（20min）→PLC编程与HMI联调（25min）→评价总结（5min）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（PROFINET-IO通信原理、GSD文件安装视频）

2.TIAPortal软件、直流调速器调试软件

3.数字化资源：GSD文件、地址映射速查表教学资源实物：S7-1200PLC、ETDDC190S直流调速器（带PNIO9800V通信卡）、直流电动机、网线、交换机、HMI（KTP700）、开关电源、电工工具；资料：电气原理图、地址映射表（表7-6~7-8）、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《PROFINET-IO通信与GSD文件安装》

2.预习教材中“PROFINET-IO通信概述”、“PLC设置与编程”部分

3.浏览ETDPNIO9800V通信卡手册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：“PROFINET通信相比Modbus有何优势？”

3.上传GSD文件和地址映射表1.观看视频，了解PN通信基本概念

2.阅读教材，记录疑问

3.初步认识输入/输出缓冲区线上平台+微课视频，提前熟悉PN组态流程课中（2课时连上）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）展示磨线机项目需求，要求通过HMI和PLC利用PROFINET通信控制直流调速器，实现电动机正反转、调速和状态监控1.提问：“如何用网线代替模拟量信号控制直流调速器？”

2.明确本课任务：PN通信组态、编程、HMI联调

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（10min）1.PROFINET-IO组成：IO控制器（PLC）、IO设备（直流调速器）、IO监视器（编程电脑）

2.GSD文件的作用：描述设备属性，便于组态

3.直流调速器通信卡安装位置（图7-5）及参数510设置（表7-9）：调速器使能必须由外部IO点（M5.1）控制，不可由通信控制

4.输入/输出缓冲区对应关系（表7-6、7-7）：IW68状态字、IW70故障字、IW74速度反馈；QW68扭矩限幅、QW72控制字、QW70速度给定

5.控制字位定义（表7-8）：如QW72.1（速度使能）等1.讲解PN-IO架构，用“主从”比喻

2.展示GSD文件实际文件，说明安装必要性

3.对照图7-5讲解通信卡安装，强调参数510不能通过通信控制使能，必须用硬接线

4.列出关键地址对应关系，用表格形式呈现

5.举例说明控制字写入2（二进制...0010）启动速度使能1.记录PN-IO组成

2.理解GSD文件用途

3.记忆关键地址对应关系

4.理解控制字位含义讲授法+演示法，[插入图片：图7-5、表7-6、7-7、7-8]硬件组态与通信配置（20min）1.在TIAPortal中安装GSD文件（图7-6、7-7）

2.添加PROFINET从站模块（图7-8），选择“Standard，MRP”

3.网络连接：将从站分配给PLC（图7-9）

4.配置硬件：插槽1添加“64byteI”，插槽2添加“64byteO”（图7-10）

5.设置从站IP地址（与PLC同网段）和设备名称（如“ETD_PN_1”），取消“自动生成”（图7-11）

6.在线分配设备名称：在线访问→更新可访问设备→分配名称，并可选LED闪烁验证（图7-12）

7.下载配置到PLC1.分步演示GSD安装（注意选择正确的GSD文件）

2.演示从站添加、网络连接

3.演示硬件配置：必须添加64byteI和64byteO，顺序不能错

4.演示IP和设备名称设置，强调设备名称只能用小写字母、数字等

5.演示在线分配设备名称（重点：LED闪烁确认物理设备）

6.下载到PLC，观察是否报错1.小组在TIAPortal中安装GSD文件

2.添加从站并配置网络

3.设置IP和设备名称

4.在线分配设备名称，验证LED闪烁

5.下载配置实训操作法+演示法PLC编程与HMI联调（25min）1.编写PLC程序：

-用MOVE指令将HMI设定的速度值（0~10000）写入QW70（速度给定）

-将控制字（如正转时QW72=2，反转时QW72=2+方向位等）写入QW72

-读取IW68（状态字）、IW70（故障字）、IW74（速度反馈）并存入DB或M区

-处理正反转、停止、故障复位逻辑

2.HMI组态（参考图7-13）：

-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、正转、反转、报警

3.联调：下载PLC和HMI程序，操作HMI，观察直流电动机响应及反馈值1.分步演示MOVE指令编写：速度给定、控制字写入

2.演示读取状态字，并用位逻辑提取运行、正反转等状态

3.演示故障复位：通过MOVE写入控制字（如QW72=0后再置位复位位）

4.演示HMI组态：按钮关联M点，IO域关联DB变量，指示灯关联状态字位

5.指导联调：设置不同速度，观察电动机平稳运行；模拟故障（断开使能）后复位1.小组编写PLC程序（MOVE指令、位逻辑）

2.组态HMI画面，关联变量

3.下载程序，联调测试：

-正转、反转、停止

-改变速度给定，观察实际速度反馈

-故障复位

4.记录调试问题及解决方法实训操作法+任务驱动评价总结（5min）1.小组展示系统运行成果（HMI控制直流电动机平稳调速）

2.教师点评与总结

3.完成自评、互评（表7-11、7-20）1.听取小组汇报，简要点评

2.总结本任务核心技能点：GSD安装、从站组态、地址映射、MOVE读写、HMI联调

3.强调安全规范（主电路断电操作、励磁保护）与5S管理

4.发布课后拓展任务1.小组代表演示HMI控制电动机

2.填写评价表

3.整理工位，5S清扫展示评价法+归纳总结课后拓展（课后）1.完善实训报告

2.思考：如何通过PN通信读取直流调速器的电流反馈（IW72）并在HMI显示？

3.预习后续内容1.智慧树在线课平台发布实训报告模板

2.推送电流反馈映射资料

3.发布预习任务单1.提交实训报告

2.查阅资料，预习线上平台+任务驱动四、课后反思教学实效1.

技能掌握扎实：通过2课时的讲练结合，大部分学生能独立完成GSD安装、从站组态、地址分配、PLC编程和HMI联调，成功实现PN通信控制直流调速器。

2.

知识目标达成：学生能够理解PROFINET-IO通信原理，掌握输入/输出缓冲区映射关系，正确使用MOVE指令读写数据。

3.

安全意识提升：实训过程中强调主电路接线安全、励磁保护，学生操作规范性良好。

4.

团队协作有效：小组分工完成组态、编程和HMI组态，共同解决通信故障。不足与改进不足1