Greenhouse 원격 관리시스템 액츄에이터
Greenhouse 원격관리 시스템을 구현하는 전체 포스팅은 아래와 같이 진행합니다. 참고하세요.
Greenhouse 원격 관리시스템 센서와 액츄에이터 3
Greenhouse 원격 관리시스템 소프트웨어 테스트 7
Greenhouse 원격 관리시스템 서버프로그램과 카메라 8
4 5.4 액츄에이터
Greenhouse 원격관리시스템에서 사용하는 액츄에이터는 현재 워터펌프와 FAN으로 구성된다. 그린하우스 내부의 온도를 일정하게 유지시키고, 식물 생장을 촉진하기 위하여 FAN을 사용한다. 워터 펌프는 내부에 물을 공급하거나, 그린 하우스 외부에서 온도 조절을 위해 하우스 외부로 물을 뿌려주는 용도로 사용한다.
5.4.1 Water pump
Greenhouse 원격관리시스템에서 사용하는 워터펌프는 한일전기 다목적 순환펌프 PA-75 모델을 사용한다. 워터펌프의 특징은 아래와 같다.
○ 녹물 없는 다목적 순환펌프 출시
○ 내시성 재질 사용으로 부식이 적어 수명이 김
○ 다목적 순환용으로 사용
○ 접촉고무 실링형 베어링 채용으로 방수성 및 방진성 우수
○ 해수용 미캐니컬실(STS-316)채용으로 내식성 우수
○ 전동기 보호장치가 내장되어 있어 펌프에 이물질이 들어가거나, 전압이 낮아져서 전동기에 과전류가 흐르게 될 때 소손 방지기가 자동으로 동작
워터펌프의 성능곡선도를 아래에 나타내었다.
5.4.1.1 전기적 성능
5.3.1.2 PA-75 워터펌프의 기구도
5.4.1.3 전기적 규격 자흡식 순환펌프
PA-75 specification
|
모델명 |
PA-75 |
|
전압(V. AC) |
단상220 |
|
정격출력(HP) |
1/11 |
|
전양정(m) |
9 |
|
최대양수량(L/h)전양정(m)시 |
1600(0.3) |
|
흡상고(m) |
2 |
|
압상고(m) |
7 |
|
중량(kg) |
2.5 |
|
토출경(mm) |
Ø 16호스 |
|
규격(mm) |
154x152x94x36 |
5.4.2 FAN
Greenhouse 원격관리시스템에서 사용하는 FAN 은 원통형 순환 팬을 사용한다. 팬의 기능은 그린하우스 내부의 온도 편차를 해소하고, 식물의 광합성을 촉진하며, 병해 발생을 예방하는 목적으로 사용한다. 팬의 모델명은 LD-SF350이며 특징은 아래와 같다.
○ 풍부한 풍량과 저소음으로 쾌적한 환경을 제공
○ 다습한 환경을 고려하여 알루미늄과 스테인리스 스틸로 구성되어 수명이 반영구적
○ 절전형 방습용 모터를 사용하여 전력사용이 감소
○ 경량구조로 탈부착이 용이 아래에 순환 팬의 상세 스펙을 표로 나타낸다.
5.4.2.1 전기적 규격
LD-SF350 specification
|
모델명 |
LD-SF350 |
|
인증번호 |
220V 단상 |
|
정격 입력 전압 |
220V 60Hz |
|
소비전력 |
100W |
|
형식 |
옥내용/축류형 |
|
품명 |
순환 팬 |
5.4.3 개폐기 하우스 내부의 온도에 따라 환기창을 자동으로 개폐하는 장치로 좌측, 우측이 독립적으로 작동되며 강우 센서, 온도센서와 함께 사용하여 비가 올 때나 온도가 이상적으로 증가할 경우 개폐기를 자동으로 동작시킬 수 있도록 설계한다.
여기서는 개폐기 사용을 위한 설계 방법과 제어에 대해 설명하고 자세한 사용법은 첨부 문서에 포함된 [개폐기-WSM-4035 NeoStarManual.pdf] 문서를 참고한다. Greenhouse 제어시스템에 사용된 개폐기는 Neostar WSM-4035이다. 개폐기 외관 사진은 아래와 같다.
상세 Specification
|
사용용도 |
자연환기창 비닐개폐 |
|
모델번호 |
WSM-4035 |
|
정격전압 |
직류24볼트 |
|
몸체재질 |
알루미늄 합금 |
|
외부처리 |
분체도장 |
|
감속비 |
1/785 |
|
감속 기어 구성 |
헤리컬 & 유성기어 |
|
감속 기어 재질 |
특수강 |
|
기어 열처리방식 |
침탄 질화 열처리 |
|
리미트 설정방식 |
다이얼 2개(독립) |
|
리미트 설정범위 |
1 ~ 38회전 |
|
리미트 커버재질 |
플라스틱(P.C) |
|
작동안내표시 |
2컬러 LED(적,녹색) |
|
본체 무게 |
2.4Kg |
|
본체 크기(mm) |
218×143×104 |
작동 데이터
|
무부하 |
전 류 |
0.7A |
|
토르크 |
0Kg.m |
|
|
회전수 |
4.2rpm |
|
|
표준 |
전 류 |
2.6A |
|
토르크 |
4Kg.m |
|
|
회전수 |
3.5rpm |
|
|
최대 |
전 류 |
3.5A |
|
토르크 |
6Kg.m |
|
|
회전수 |
3.3rpm |
|
|
※ 최대허용치 이상으로 사용하면 고장이 발생될 수 있습니다. |
||
5.4.4 조명제어
그린하우스의 조명은 식물의 광합성을 돕는 장치로 적용 분야는 농장 그린하우스 인공조명 태양광(BioSun) 설치. 농작물 성장용 인공조명, 중앙집중관리 컨트롤 시스템, 친환경적인 조명, 효율적인 전력 관리시스템 설치 분야 등 여러 분야가 있다. 수동 및 원격으로 그린 하우스의 조명을 제어할 필요성이 제기되어 추가하였고 여기서는 식물조명의 종류와 식물 생장용 LED 조명의 종류를 설명하기로 한다.(자료 출처 : https://opentutorials.org/module/2377 참고) 현재 Smart Farm 관리 시스템에서는 직접 설치할 조명은 현재 결정되지 않은 상태임을 밝힌다.
아래는 현재 사용되는 LED 조명을 그린하우스에 적용된 현장의 참고사진이다.
5.4.4.1 식물조명의 종류
조명은 LED의 등장 전과 후로 나누어 볼 수 있습니다. 여기서는 LED 조명시스템의 등장 이전에 쓰여왔던 식물생장용 조명의 종류와 특징에 대해 알아보자.
식물생장용 조명으로 사용하기 위해서는 와트당 높은 PAR을 내는 조명이 필요하다. 발광효율뿐 만 아니라 장시간 켜 두기 때문에 발열이 적어야 하기도 합니다. 발열로 인해 하우스 내부의 온도가 올라가면 이를 조절하기 위해 냉방 시스템을 갖춰야 하고 이는 결국 비용 상승으로 이어지기 때문이다.
PAR 조명과 MR조명 PAR: 후면에 알루미늄 피막을 입혀 반사경으로 사용한 렌즈 반사경 일체형 전구를 말합니다 PAR; Parabolic Aluminized Reflector Lamp의 약자이고요 반사형 전구는 램프 내면에 반사면(주로 알루미늄)을 도포한 반사막을 이용하여 빛을 집중시켜 광속의 이용도를 대폭 높인 램프입니다. PAR램프(Parabolic Aluminized Reflector Lamp)는 전면에 렌즈를 추가로 부착하여 집광성을 더욱 높인 램프입니다. 이때 알루미늄 반사막은 적외선(열)은 통과시키고 가시광선은 굴절, 집중시켜 열을 뒤로 분산시키는 역할도 합니다. PAR램프는 1/8인치가 기본단위이므로 PAR38 램프의 지름은 38 * 2.54(인치) / 8 = 약 120mm입니다. MR 램프: 할로겐램프 후면에 반사경을 부착한 할로겐램프로써 MR램프 혹은 다이크로 빔 램프 (Dichroic Halogen Lamps)라 불리며 전시장/ 광학/ 의료/ 사진/ 영화용 램프로 널리 사용됩니다.
LED이전까지 대부분의 하우스에서는 메탈할라이드(MH)와 고압나트륨 등(HPS)를 사용했다. 주로 고압 방전등(HID)라고 부르는 것들이다. 메탈할라이드와 HPS는 스펙트럼이 태양광과 비슷하기 때문에, 식물생장용으로 적합하다.
메탈 할라이드 등과 고압나트륨등 모두 소형으로는 사용되지 않습니다. 따라서 대형 시설농업이 아닌 개인이 이러한 조명을 이용하기에는 어려움이 많았습니다. 별도의 전압원과 냉각장치를 갖추고 공간도 필요하기 때문에 실내에서 전조재배(오직 조명으로만 재배)보다는 비닐하우스, 유리온실 등에서 해가 짧아지는 겨울철 보광용으로 두세 시간 이용하는 목적으로 주로 사용되었습니다.
LED 이후에 상용화된 조명으로는 플라스마 등이 있습니다. 이것은 필라멘트 없이 가스를 채워 넣은 관에 마이크로웨이브를 이용해 빛을 낸다고 합니다. 전극이 없기 때문에 수명이 길고, 태양과 비슷한 스펙트럼을 가진다는 장점이 있습니다. 어떤 가스를 집어넣느냐에 따라 조금씩 차이가 있습니다. 아직 상업적으로 성공한 것은 아니지만, 한국에서는 2006년부터 LG에서 Sulfur Plasma 방식의 플라즈마 등을 PLS라는 이름으로 생산 중이라고 한다. 하지만 700W부터 시작하고, 가격이 아직 매우 비쌉니다. 미국 등 해외에서는 100W급의 소형 식물생장용 플라즈마 등이 시판되고 있습니다.
5.4.4.2 LED 조명
LED는 전압을 가하면 빛과 약간의 열을 발생하는 반도체 소자입니다. 사용되는 재료에 따라서 자외선부터 가시광선, 적외선까지 자유자재로 발생하게 만들 수 있습니다. 전구처럼 필라멘트를 사용하지 않기 때문에 수명이 백열등보다 매우 길고, 소모되는 전력 또한 적습니다.
LED는 오래전부터 있어왔지만, 전구로서 LED가 사용되기 시작한 것은 오래되지 못합니다. 하얀색 빛을 내는 LED는 정말 최근에 와서야 사용되었습니다. 왜냐하면 빨간색과 초록색 LED는 쉽게 만들 수 있었지만, 파란색 LED는 구현하기 어렵기 때문이었습니다. (상용화될 만큼 강한 파란색을 낼 수가 없었습니다.) 하얀색 빛을 만들려면 빛의 삼원색(빨강, 초록, 파랑)이 필요한데, 이중 파란색이 없다면 결국 흰색 빛도 만들지 못합니다.
따라서 파란색 LED에 대한 개발이 이어져 왔는데, 일본의 니치아 화학공업에서 근무하던 나카무라 슈지가 1993년 처음으로 실용적인 청색 LED를 상용화시키며 본격적인 LED 전구의 보급이 이루어지게 됩니다. 나카무라 슈지 등 일본인 3명은 이후 2014년 노벨 물리학상을 수상합니다.
나카무라 슈지가 파란색 LED를 발명하면서 이를 이용해 하얀색 LED도 만들 수 있게 되었습니다. 파란색을 내는 반도체 소자에 노란색 형광체를 이용하는 방법이었습니다. (노란색은 적+녹이므로 노란색과 파란색을 더하면 흰색이 만들어집니다.) 이 방법은 하나의 반도체 소자만으로 흰색을 얻을 수 있기 때문에 무척 효율적인 방식이었습니다.
보급 초기 LED 조명은 값이 무척 비쌋지만 대량생산 체제가 갖추어지고, 세계의 공장 중국(!)의 가세로 가격은 많이 내려왔습니다. 물론 여전히 형광등이나 백열전구보다는 비싸지만, 절약되는 전기비와 긴 수명을 생각하면 이제는 LED가 더 효율적인 조명시스템이라고 봐도 무방할 정도입니다.
5.4.4.3 식물 생장용 LED 조명의 종류
LED 바 (t5규격이나 띠) 빛솔 led에서 판매하는 식물생장용 led바 장점 : 넓은 면적에 균일한 광량을 줄 수 있다. 선반처럼 길고 좁은 공간에 다단형으로 쌓을 때 무척 편리하다. 단점 : 소켓형에 비해 비싸고, 12V 어댑터(SMPS) 등 추가 전원 공급장치를 구매해야 한다.
LED 전구(E26/E27소켓) E26과 E27은 상호 호환된다. 사실상 같은 규격. 에디슨 스크류 규격의 하나로 에디슨이 만들어낸 이래 사실상 국제표준이다. By KMJ [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons 빛솔 led에서 생산하는 소켓형 전구. E26규격 장점 : 일반 전구 소켓을 이용하므로 설치가 쉽다. 스탠드나 자바라를 이용할 수 있다. led바 보다 동일 광량 대비 조금 저렴한 편. 어댑터 내장이므로 따로 12V 어댑터를 사지 않아도 된다. 단점 : 균일하지 못한 광량, 열 배출 어려움
대형 LED flood light By Sunshine 117 [GFDL or CC BY-SA 3.0 ], via Wikimedia Commons 큰 광량을 얻기 위해서 사용하는 대형 조명. 일반적으로 큰 식물을 실내에서 기를 목적으로 이용된다. 장점 : 많은 광량 단점 : 열, 전기료, 수명, 비싼 가격, 유지보수 비용 증가 어려움.
식물 생장 LED 조명을 고를 때 생각해 볼 점. 자신의 예산 범위 내에서, 정확한 규격을 지키는지 확인. 전기료 고민. 타이머 설치하기.
디지털 타이머 : 매일, 요일별 등등 다양한 설정 가능, 초단위로 설정 가능. 비싸다. 아날로그 타이머 : 대부분 15분 간격으로 설정가능. 저렴하다.
여기까지 액츄에이터를 마친다. 놀러 갈 데가 없어서 계속 일함. 일만 열심히 하는 사람은 돈을 벌 시간이 없어서 가난하다는 말이 사실이었어. 다음 포스팅은 전원부 구성과 부품에 대해 하기로 한다.
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더욱 좋은 정보를 제공하겠습니다.~ ^^
