[전북 김제 스마트팜 혁신밸리] 5주차 - 열두 번째 날 10/24 스마트농업 전기전자 제어기술 / 수경재배 시스템의 이해

10월 24일 (화)

<9:00~13:00>

스마트농업 전기전자 제어기술을 알기 위해서는 먼저 스마트팜 센서 활용에 대해 알아야 하는데요.

5주 차의 첫 번째 수업은 스마트농업 전기전자 제어기술-스마트 팜 센서 활용 실습에 대해 강의가 진행되었습니다.🙂

 

스마트 팜에서 활용되는 여러 가지 센서들을 보여주셨습니다.

1. 광센서 2.습도센서 3.풍속계

광센서와 같은 경우에는 그늘이 생기지 않는 남쪽에 설치해야 함.

CO2센서

CO2센서는 가스 농도가 진하면 굴절율이 크고 농도가 낮으면 굴절율이 낮음.

하단부에 나와있는 센서의 스펙을 꼭 봐야 한다고 첨언을 해주셨습니다.

광센서

온도계 위치는 식물의 생장점 50cm 부분에 위치.

개줄로 해서생장점이 바뀔 때온도계의 위치도바꿔줘야 함 햇빛이 닿지 않는 흐르는공기 온도를 제는 것. 은박지를 밑쪽에 해서 공기가 통할 수 있게 

---

<실습>

써머커플 [Thermocouples]

노란색 : 은, 빨간색: 알루미늄.

용접시켜 놓고 열을 가하면 미세전압이 발생한다. 배지 온도, 작물 온도를 잴 수 있음.

써머커플의 전압을 측정 사용자가 알기 쉽게 온도로 표기하고 기계를 제어할 수 있는 컨트롤러는 목푯값을 입력할 수 있고 입력값에 따른 제어 신호를 출력 가능 하다.

16개의 기계를 제어(온/오프)

써머커플 붙이고 납땜하면 전기를 받음

서미스터 저항값. 프리바 3천만 원 만들면 20만 원 

터미널블럭

설정온도를 해놓으면 8번과 9번 사이에 있는 스위치가 9번과 10번 사이로 붙음.

11번에 갈색선, 12번엔 파란 선.

30℃이상이 되면 왼쪽에 있는 스위치가 오른쪽으로 옮겨짐.

디지털 온도계는 냉각 모드, 가열 모드, 경보 모드로 활용할 수 있음.

실내 및 하우스 온도가 설정치(ex:28℃이상)가 되면 환풍기 또는 선풍기 에어컨, 히터 보일러 등 난방할 수 있는 기능.

디지털 온도조절계를 만드는 실습을 했습니다.

1️⃣ 1(노란 선),2(빨간 선) 번에 써머커플(갈색선)을 연결합니다. 콘센트는 11, 12번에 연결합니다.

---

수경재배 배지의 함수율 측정

용기의 무게를 측정→용기에 배지를 가득 채운다→배지를 채운 용기의 무게측정→건무게 계산→용기를 물에 담가 완전포수→자연중력수 배액→포수 된 용기의 무게를 측정→물량과 함수율계산

·  배지 내 물량계산 : 물량=포수무게-건무게-용기무게

· 배지 함수율 계산 : 함수율=물량/부피*100

 

수경재배 뿌리에서의 산소흡수

· 평균 증산량 : 5cc/주/min

· 물속의 용존산소(물속에 녹아있는 산소) 함유량 : 9mg/L

· 대사작용을 위한 산소요구량 : 1mg/min

· 계산식 : 5cc/1000cc*9mg = 0.045mg/min → 식물이 1분당 필요한(먹을 수 있는) 산소량

·0.045mg/1 min*100=5%(Oxygen)→물속에 들어갈 수 있는 산소

· 기타 산소 95%는 공기 중으로부터 흡수 필요

· 함수율 관리는 75% 이하로

· 적정 water content : 65~75%

★ 배지 물관리를 해야 하는 이유 → 물이 잘 빠지지 않으면 뿌리가 발달하지 않기 때문

 

수경재배의 일반적인 물관리 지침

· 표준 양액처방 : 균형배양액 사용(작목별)

· 배액률 : 30% 정도(동계 20% 전후, 하계 40% 전후 등)

· 함수율 : 날씨 변화를 고려 55~70%

· 하루 중 함수율 편차 : 8~10%

· 급액EC : 생장상과 배액 EC를 고려하여 결정

· 급액pH : 5.2~6.2 (배지 내 pH가 5.2 정도이면 급액 pH는 6.2 정도, pH가 6.2 정도면 급액 pH는 5.4 정도)

배지속에 물이 많으면 뿌리가 발달하지 않음.

해가 뜨고 증산을 하면서 그래프가 꺾임.

아침에 그래프가 꺾이지 않는다면 증산을 안 했다는 뜻이기 때문에 물이 들어가면 안 됨.

Root zone	Vegetative(환경좋으면 영양생장)	Generative(환경나쁘면 생식생장)
WC(함수율)	⬆️	⬇️
WC decrease night Start-stop time(아침~저녁 양액 공급 시간)	시간이 길어지면	시간이 짧아지면
Irrigation frequency(급액 횟수,빈도)	많을수록	적을수록
EC	⬇️	⬆️
Temp substrate(평균온도 관리)	⬆️	⬇️
Fertilizer(비료) K, SO4, CI	용량을 줄이거나, 흡수가 떨어지면	용량을 늘리거나, 흡수가 늘어나면
Fertilizer Ca, NO3	용량을 늘리거나, 흡수가 늘어나면	용량을 줄이거나, 흡수가 떨어지면

---

모델명 : BCL-15L, CAP : 15khf, R.O. : 2.0mV/V, S/N : 85BCL7A10

로드셀 : 힘(Force)이나 하중(Load)과 같은 물리량을 측정할 수 있는 센서.

로드셀에 힘이 가해지면 그 힘만큼 전기 신호가 발생하게 되며, 표시기, 마이크로 컨트롤러, 컴퓨터 장치 등으로 보냄.

전기신호를 재해석하면 kg, g 등의 단위로 무게를 표시할 수 있는 저울 센서

저울값으로 배지무게, 작물하중, 급액과 배액측정, 공급량, 증산량, 작물 수분흡수와 식물생장 등을 알 수 있음.

 

로드셀과 인디케이터를 연결하여 무게를 제보는 실습도 해보았습니다.😆

[사진 1] pH, EC 컨트롤러(센서 입력, 받아들이는 컨트롤러 표시부, 제어부)

[사진 2] radionode usb : mA(미리암페어) :  여러 가지 다 측정할 수 있음, T(써머커플) : 온도

[사진 3] 온실 환경데이터 전송기를 컴퓨터에 입력하기 위해 여러 개를 꽂아 놓은 모습

[사진 4] 와이파이가 되는 지역에서는 데이터를 바로 가져올 수 있음(RS172)

 

---

<13:00~14:00>

점심을 먹으러 가기 전 같이 교육받는 동생 차에 삼각대가 있어서 지나가시는 주무관님들과 사진 한 장씩 찍어보았습니다.😆

점심도 너무 맛있었습니다><

---

<14:00~18:00>

두 번째 시간은 수경재배 시스템의 이해에 관한 내용으로 한국 네타핌 컨설턴트님께서 오셔서 강의를 진행해 주셨습니다.

우리가 스마트팜을 하기 위해서 온실을 지을 때에 꼭 필요한 내용의 강의였습니다. 

● 배관의 종류 : 철제, 스테인리스, 동관, PVC(경질 염화 비닐), PE(폴리에틸렌) 등이 있음.

PVC와 PE는 내산성, 내화학성이 있는 제품임.

경질 호스(high density) : 내구성이 강함, 높은 수압에서 사용 가능, 단층관, 이충관으로 구분됨.

연질호스(Low Density) : 부드러워 작업이 용이함, 구멍을 뚫기 용이하고 누수가 없음

 

조임식 이음관의 종류 : 소켓, 발브 소켓, 이경소켓, 정티, 엘보, 엔드캡, 엔드플러그, 이경티

점적버튼 튜브세트 종류 : 드롭 스파이크(압력보상, 낙수방지 기능)와 C형 테이크(단가 비쌈, 생육속도가 더 빨라짐)

관수 방식 비교
점적테이프	점적호스	점적버튼	스프링클러	미스트
압력비보상 유량 0.72, 1.05, 1.6L/H 벽두께0.2,0.3mm 고압 파손 주의(1.5 넘어가면 터짐)	압력보상기능 낙수방지기능 자가세척기능 흡입방지구조 뿌리침투방지 유량1.0~2.3L/H 벽두께 0.9,1.0mm	압력보상기능 낙수방지기능 자가세척기능 유량 2~20L/H 3*5mm 마이크로 튜브	과수 재배용(두상관수) 경사지 가능 압력보상형 압력범위 1.5~4.0bar 유량20~70LH 살수 직경 4.5~6.0m	온도감소 습도조절 육묘관수 1, 2, 4구 노출 유량 20, 30, 14L/H 4*7mm 마이크로튜브세트 낙수방지기 권장

 

점적버튼 유량 편차 테스트 방법

위 사진의 5번째 사진을 보여주시며 배관 끝쪽을 열어봐야 막혔는지 확인이 가능하다고 말씀해 주셨습니다.

 

배관 세척 방법

· 배관 설치 후 밸브를 개방하여 배관 내 이물질을 외부로 배출

· 점적기 내부에 시간이 경과함에 따라 침전물이 누적되므로 라인 밸브를 개방하여 주기적인 세척 필요

· 미생물 사용에 각별한 주의 필요

 ➡폐기물 배출 감소 및 비용 절감

(추가적으로 점적테이프는 최대 7년까지 쓴 오이농가도 있다고 말씀해 주셨고, 점적테이프는 비용절감 효과와 환경오염을 지키는 효과가 있다고 말씀해 주셨습니다)

 

여과기 : 액체를 걸러 내는데 쓰는 기구이며 다소 작은 구멍을 가진 장치에 액체를 넣어서 액체 속의 고형물을 분리하는 장치이고, 스트레이너, 스크린필터, 디스크여과기로 구성되어 있음.

여과기의 청소시점 : 압력이 내려갔을 때, 0.5 밑으로 내려갔을 때이고, 이 타이밍을 놓치면 여과기가 막힐 수 있음.

 

유량계 : 액체나 기체의 흐름양을 측정하는 계기이고, 리드스위치(전극)에 의한 피드백

5~60만 원 정도로 고가의 금액이지만 없을 수 없는 계기임(유량계의 중앙에 위치해 있는 것은 물이 들어가면 돌아가야 함)

 

유량경보 : 고유량/저유량 경보 발생, 원수 차단 시 시스템 정지-펌프 보호, 실시간 유량 모니터링 및 데이터 기록

(모터는 계속 도는데, 물이 없으면 탈 수 있기 때문에, 시스템을 정지해야 함)

 

관수제어시스템 : 시간 또는 유량에 의한 관수 제어, 펌프 및 밸브 제어, 유량 제어 및 경보

 

수경재배 시스템은 EC센서와 pH센서를 사용하여 배양액의 농도(EC)와 수소이온농도(pH)를 측정하여 작물에 필요한 양액 농도를 자동으로 조절하고 작물이 필요로 하는 양만큼 공급하는 시스템.

혼합탱크방식(믹싱탱크)은 탱크가 있고, 직접주입방식(믹싱챔버)은 탱크가 없고 작물이 2개 일 때, 농도와 주입이 다르게 들어감. 둘 중 하나를 택할 수 있음.

 

도징채널 : 양액 탱크로부터 양액 공급기로 비료를 주입하는 장치(A, B액 밸런스가 무너졌는지 아닌지 확인해야 함. 소진되는 양을 보고 눈금표시 해야 함)

도징밸브 : 솔레노이드 밸브-전자석의 원리, 사용 전원 24 VAC, 사용온도-5~50도(적정 온도)

벤튜리 : 작동 유체가 좁은 통로를 흐르면 유속이 빨라지며 부압이 생성됨, 벤튜리가 막히면 양액 주입이 불가하기 때문에, 벤튜리 세척이 필요함. (딱딱 소리가 나는데 배액이 안 빨리면 벤튜리를 풀어서 구멍을 뚫어 주어야 함)

 

pH센서 : 산도(pH)라는 것은 수용액 중의 수소이온(H+) 농도의 지수를 표시함. 비료 성분 등을 전혀 함유하지 않은 순수한 물의 경우 25℃의 온도에서 산도는 7.0(중성)

· 작동원리 : 용액 A, B에 전극 E1, E2를 넣어서 양전극간의 전위차를 측정하면 유리막에 발생하는 기전력을 알 수 있음.

· 보정주기 : 2주 이내

· 세척방법 : 흐르는 물에 센서의 멤브레인을 직접 세척한다.

· 보정시약 : pH7.0, pH4.0(25도 기준)

· 충분한 대기 시간 : 최소 2분 이상(제조사에 따라 상이함)

 

EC센서 : EC(전기전도도)란 전기를 통하는 정도를 말함. 단면적 1㎠, 거리 1cm에 상당하는 전극 사이에 용액이 갖는 전기저항의 역수로 정의

(철이 많으면 녹이 슬음. 원래 있던 용액에 보관하는 게 가장 좋음)

· 보정주기 : 1개월 이내 (매뉴얼상 2~3달에 1번)

· 세척방법 : 냅킨으로 약하게 닦아준다.

· 보정시약 : EC1.4 또는 3.0

· EC0.0 : 센서를 공기 중에 노출

 

배수 측정 시스템(DMS : Drain Measurement System) : 드레인 유량(관을 흐르는 액체에 대해 단위시간 동안 단면적을 통과하는 수량) 측정, 드레인 EC&pH측정, 샘플링을 통한 측정방식

 

양액 공급기 선정 시 고려사항

등급에 따라 금액이 다르고 프리바와 같은 경우엔, FERTIONE™, FERTIKIT™3G, NETAJET™4G, NETAFLEX™3G등이 있음.

· EC/pH 센서 : 모니터링 및 배양액, 산도 자동 조절, 듀얼 센서 등

· 시간당 공급 유량(L/H) : 배관 사이즈, 펌프 사이즈 등

· 공급 EC농도 저농도 엽채류 VS  고농도 과채류 ➡ 엽채류와 같은 경우는 양액기 성능이 떨어져도 괜찮음

· 부가 사항 : 연구동, 원격제어, 온습도센서, 기상센서, 배액센서, 토양수분센서 등

 

순환식 수경재배 시스템은 환경오염 문제(토양 및 지하수 오염)와 지속가능한 농업이 가능케 함.

 

[수업의 전체적인 내용을 정리]

🔽

수경재배 시스템 관리

1. 여과기 세척

2. 관수 라인 세척

3. 압력/ 누수 관리

4. 센서 보정

5. 동파 관리

---

이번 포스팅에서는 열두 번째 날에 대해 포스팅하였는데요, 다음 포스팅에서는 열세 번째 날에 대해 포스팅하겠습니다.
혹시 포스팅된 글 중 틀린 부분이 있을 시, 말씀해 주시면 수정할 테니 어떤 피드백이든 좋습니다.🙆🏽‍♀️
긴 글 읽어주셔서 감사합니다!
궁금한 사항은 댓글 남겨주시면 답변드리겠습니다. :)