矿用带式输送机是煤炭主要的运输设备，可将物料在一定的输送线上，从起点输送到终点，完成物料的连续运输，因此，输送机具有输送量大、运输成本低、运输安全平稳等优点，此外，输送机还存在耗电量大的缺陷，因此，实现其高效节能运行是矿井发展的首要任务，带式输送机工作原理是：经胶带环绕，两端滚筒相互连接形成闭环结构，上下托辊支撑胶带并将其拉紧，从而产生一定的张力作用，当电动机带动滚筒进行旋转时，通过输送带和滚筒作用产生的摩擦力驱动输送带连续运行，最后完成货物的运输和卸载。由于在煤炭实际开采中，当煤流量较小，或者甚至空载运行时，输送机皮带仍以较高的速度运行，导致“大马拉小车”的现象发生，造成电能资源的浪费，增加煤炭开采成本。因此，本文设计带式输送机节能优化控制系统，依据煤流量大小对皮带运行速度进行调节，并利用BP神经网络构建了节能模型，来验证带式输送机的节能效果，达到节能目的。

1   带式输送机系统控制结构

针对矿用带式输送机在作业中，有时会出现皮带载荷减小或者空载，而皮带仍高速运行，造成资源的浪费；而当皮带载荷增加或者满载时，系统未输出额定功率，造成设备利用率低；此外，还不能实时监测煤流量，造成皮带运行速度不能随煤流量调节，因此，针对上述现象，本文设计了基于PLC可编程控制以及检测传感和变频控制技术的带式输送机，并对控制系统进行节能优化，实现其节能控制。

本文设计通过速度传感器对皮带速度进行采集；通过电子皮带称对煤流量进行监测；通过功率采集模块获取系统运行中的电流和功率，综合分析所收集到的数据，最后通过 PLC控制变频器完成输出，保证带式输送机始终处于最佳运行状态，达到节能运行目的。

图1中，输送机控制系统主回路中，3台配电柜频率都50 HZ，输出交流电源是660 V，并通过变频器相连接实现对电动机的驱动。系统控制回路中，通过工业以太网，控制系统的核心PLC控制器和上位机建立通信连接，并通过通讯协议PROFIBUS 与变频器完成实时通信衔接。运行中，PLC 控制器接收来自上位机的发送指令，并通过控制变频器的电压和输出功率，PLC控制器对电动机实现控制。

2   节能优化模型的构建

2.1   BP 神经网络

BP神经网络属于多层感知器网络，一般采用偏差反向传播算法训练，并且采用S型的神经元传递函数，可以存储、学习多种输入、输出模式映射关系，输出是0～1 的连续量，是应用最为广泛的前馈型神经网络。此外，关于BP神经网络结构，其通常由输入、输出和隐层三层组成，隐层可以是一层或多层。

2.2   节能优化模型的构建分析

本文中，带式输送机节能优化模型设计采用三层神经网络结构，下页图2中，输入层有带式输送机皮带运行速度v和煤流量Q 两个节点；隐层节点数初始值设置为5；输出层有输送机功率P一个节点。此外，图2节能优化模型中IW1和IW2分别表示隐层和输出层的权值矩阵，B1和B2分别表示隐层和输出层的偏差矩阵。

本文基于BP神经网络节能优化模型，建立了输送机皮带运行速度v、煤流量Q 和功率P间的非线性关系。当煤流量确定时，通过节能优化模型得到最小功率P对应的皮带运行速度v。本文对煤流量Q 以25 t/h增量统计，并通过应用节能优化模型得到不同煤流量的最 优结果，其中煤流量Q变化范围为[0，1100] ，皮带运行速度v变化范围为[1.74，4.4]，同时，结合皮带运行速度优化列表设计控制器 。表1为皮带速度优化列表。

从表1可知，煤流量Q在[0，400]时，皮带运行速度都是1.74 m/s ，随煤流量增加 ，带式输送机功率增大；Q在[400，1 100]时，随煤流量增加，带式输送机皮带运行速度和功率都增大。

依据表1皮带运行速度和煤流量的关系，本文选择以煤流量值12.5 t/h 作为一个区间，所以，在 [0，412.5]区间时，输送带运行速度都是1.74 m/s；在[412.5，437.5]区间时，运行速度都是1.75 m/s，以此类推，得到图3中所示的不同煤流量变化区间和与之相对应的皮带运行速度。

3   系统节能分析

为得到输送机系统改造后的节能效果 ，主要分析在恒速和节能模式下带式输送机所耗用的电能。先令带式输送机在恒速v为4.38 m/s，得到输送机每天完成的输送量和对应的耗电量；然后将输送机调为节能运行模式，同样，得到输送机日输送量和与之对应的耗电量情况。

表2为两种不同模式下的耗电量对比。

结合表2，可分别计算得到输送机两种模式下单位运输量所对应的耗电量，本文为更直观地显示两种模式下的耗电量，分析当输送量是1万t时，系统在恒速和节能模式时耗用的电能为W 恒速和 W 节能的公式为：

通过上述两式可知，当输送量为1万t时，恒速运行时的耗电量是25 519.97 kW·h，节能运行时的耗电量为20 117.82 kW·h，对比可知，在节能运行时，带式输送机可节约大约27%的电能，实现预期节能效果。

4   结语

为实现矿用带式输送机节能、可靠运行，本文首先设计输送机节能优化控制系统，该系统可依据煤流量对皮带运行速度调节，并通过BP意识，切实吸取以往事故的经验教训，避免同类事故的频繁出现。