離子型稀土礦山生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)研究

黃德晟，管新地，李華杰，譚水淋

（江西離子型稀土工程技術(shù)研究有限公司，國家離子型稀土資源高效開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，江西 贛州 341000）

從“八五”攻關(guān)開始，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，原地浸礦注收液工藝已派生出多種技術(shù)方法，以適用不同的地質(zhì)條件。但是也應(yīng)看到，多數(shù)稀土礦山管理粗放，短視經(jīng)濟(jì)行為嚴(yán)重，技術(shù)簡單復(fù)制[1]?；竞鲆暳藢?duì)開采區(qū)域，特別是地表以下區(qū)域的環(huán)境保護(hù)。生產(chǎn)管理結(jié)果無實(shí)質(zhì)性和可靠的數(shù)據(jù)表述[2]。由此在總結(jié)原地浸礦建立具自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的示范礦山，對(duì)原地浸礦開采技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化、深入層次研究[3]，非常必要。

1 離子型稀土礦山開采工藝流程

離子型稀土礦山生產(chǎn)主要包括浸礦液配制、浸礦液體輸送、注液井注液、母液集液、母液除雜、母液沉淀等工序[4]，最終得到稀土產(chǎn)品。

離子型稀土礦山開采工藝流程為：通過水泵裝將水、原料1和原料2抽入配液池并進(jìn)行攪拌，得到浸礦液。浸礦液通過水泵輸送至高位池，打開高位池閥門，浸礦液流入注液井，當(dāng)浸礦液流出值達(dá)到定量，關(guān)閉高位池閥門。經(jīng)過一段時(shí)間后，浸出的稀土母液通過自流方式流入集液池。當(dāng)收集的稀土母液液達(dá)到一定量時(shí)，集液池通過水泵將母液抽入除雜池進(jìn)行除雜，除雜得到的稀土母液抽入沉淀池進(jìn)行沉淀，沉淀得到所需的稀土產(chǎn)品。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)要求

稀土礦山智能化建設(shè)利用自動(dòng)化、信息化和計(jì)算機(jī)技術(shù)[5]，實(shí)現(xiàn)稀土礦山數(shù)字化和管控一體化，主要實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)要求：

（1）實(shí)現(xiàn)流量、液位、PH和濃度的在線檢測；

（2）實(shí)現(xiàn)高位池液位的聯(lián)鎖控制，相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制；

（3）上位機(jī)模擬顯示受控、檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，遠(yuǎn)程操作相關(guān)工藝設(shè)備；自動(dòng)生成工藝參數(shù)報(bào)表，由人工打印或自動(dòng)打印輸出。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)檢測與執(zhí)行結(jié)構(gòu)

自動(dòng)控制系統(tǒng)由上位計(jì)算機(jī)、可編程控制器、觸摸屏外圍電路及設(shè)備組成，如圖1所示。

圖1 自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖

采用西門子S7-300 PLC作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心控制器，通過以太網(wǎng)與上位機(jī)通訊，通過流量計(jì)檢測流量值，液位計(jì)檢測液位值，PH計(jì)檢測PH值，將檢測的模擬量傳送至PLC處理。PLC處理后，數(shù)字量輸出控制泵、電磁閥和攪拌電機(jī)的啟停。

3.2 控制軟件系統(tǒng)

S7-300PLC編程采用西門子STEP7 V5.5軟件進(jìn)行系統(tǒng)軟件開發(fā)[6]，采用北京亞控科技有限公司KingView 6.55進(jìn)行組態(tài)的開發(fā)。系統(tǒng)具有手動(dòng)/自動(dòng)兩種操作方式，當(dāng)遇到故障或檢修時(shí)可以切換操作方式。

S7-300PLC編程中對(duì)流量、液位和PH模擬量使了用了A/D轉(zhuǎn)換功能FC105。FC105模塊中的IN為流量、液位和PH輸入的實(shí)際值。HI_LIM為設(shè)備的上限值，LO_LIM設(shè)備的下限值，OUT為檢測的實(shí)際值。

圖2 原地浸礦生產(chǎn)過程主界面

圖2所示，圖中監(jiān)測了流量計(jì)、液位計(jì)、PH計(jì)設(shè)備的數(shù)值，并對(duì)泵、電磁閥、攪拌電機(jī)等進(jìn)行了監(jiān)測及控制；從圖形可以直接觀察各參數(shù)的情況，可分析出生產(chǎn)運(yùn)行情況；對(duì)生產(chǎn)過程的參數(shù)進(jìn)行記錄并保存，供數(shù)據(jù)查詢，可以打印報(bào)表。

4 結(jié)語

本文所述離子型稀土礦山生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)在線檢測技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原地浸礦注、收液的自動(dòng)化監(jiān)控，提高了管理和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，對(duì)保護(hù)環(huán)境、提高資源利用率，具有重大的社會(huì)效益。

成果對(duì)稀土礦山具有示范作用，對(duì)帶動(dòng)我國稀土產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平提升，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展都將起到重要作用。