[자동화] 스마트 재배기를 PLC로 구현하는 방법

1. 개요

스마트 재배기는 온도, 습도, 조도, 토양 수분 등을 자동으로 조절하여 최적의 환경에서 식물을 키울 수 있도록 해주는 시스템입니다. 본 글에서는 **PLC(Programmable Logic Controller)**를 활용하여 스마트 재배기를 구축하는 방법을 설명합니다.

2. 시스템 구성 요소

스마트 재배기를 PLC로 구현하기 위해 다음과 같은 주요 구성 요소가 필요합니다.

2.1 하드웨어 구성

  • PLC 본체: Mitsubishi MELSEC-Q 시리즈 또는 Keyence KV 시리즈 추천
  • 입력 센서:
    • 온습도 센서: PT100 또는 4-20mA 출력 지원 센서 (DHT22, SHT31은 직접 연결 불가능)
    • 토양 수분 센서: 0-10V 또는 4-20mA 출력 센서
    • 조도 센서: 0-10V 광센서
    • CO2 센서: 4-20mA 출력 지원
  • 출력 장치(액츄에이터):
    • 워터 펌프: 릴레이 또는 SSR(Solid State Relay)로 제어
    • 팬 및 환기 시스템: 릴레이 또는 0-10V 모터 컨트롤러
    • LED 조명: 타이머 또는 조도 센서 기반 제어
    • 가습기 및 히터: SSR 또는 4-20mA 컨트롤러

2.2 소프트웨어 구성

  • PLC 프로그래밍 환경
    • Mitsubishi: GX Works3
    • Keyence: KV Studio
    • Siemens: TIA Portal
  • 제어 로직 설계
    • 센서 데이터 수집 및 처리
    • 온습도 유지, 조도 조절, 급수 자동화
    • 조건에 따른 액츄에이터 작동
    • HMI 또는 SCADA 시스템을 통한 모니터링

3. PLC 기반 제어 로직

3.1 센서 데이터 수집

PLC의 아날로그 입력(AI) 모듈을 사용하여 센서 데이터를 읽습니다.

  • 예제 (Mitsubishi Q 시리즈): 
    D100 = AI_CH1 (온도 센서)
D101 = AI_CH2 (습도 센서)
D102 = AI_CH3 (토양 수분 센서)

3.2 환경 조건에 따른 액츄에이터 제어

온도, 습도, 조도에 따라 펌프나 팬을 작동합니다.

  • 온도가 30℃ 이상일 경우 팬 작동: 
    IF D100 >= 30 THEN
    OUT Q0.0  // 팬 ON
ELSE
    OUT Q0.0 OFF
ENDIF
  • 토양 수분이 30% 이하일 경우 물 공급: 
    IF D102 <= 30 THEN
    OUT Q0.1  // 워터 펌프 ON
ELSE
    OUT Q0.1 OFF
ENDIF
  • 조도가 일정 값 이하일 경우 LED 조명 ON: 
    IF D103 <= 200 THEN
    OUT Q0.2  // 조명 ON
ELSE
    OUT Q0.2 OFF
ENDIF

3.3 자동 급수 시스템

토양 수분 센서를 이용하여 자동으로 물을 공급하는 로직을 작성할 수 있습니다.

  • 수분 센서 값이 30% 이하일 경우 워터 펌프 ON
  • 수분 센서 값이 60% 이상일 경우 워터 펌프 OFF 
    IF D102 <= 30 THEN
    OUT Q0.3  // 워터 펌프 ON
ELSIF D102 >= 60 THEN
    OUT Q0.3 OFF
ENDIF

3.4 데이터 로깅 및 원격 모니터링

HMI(터치 패널) 또는 SCADA 시스템과 연동하여 데이터 모니터링이 가능합니다.

  • PLC에서 데이터 로깅하여 SD 카드 또는 네트워크를 통해 데이터 저장
  • 원격 모니터링을 위한 MQTT 또는 Modbus TCP 통신 지원 가능
  • 스마트폰 앱 또는 웹 대시보드와 연동하여 실시간 상태 확인 가능

4. PLC와 IoT 연동

스마트 재배기의 확장성을 고려하여 IoT와 연동할 수 있습니다.

  • Wi-Fi 또는 Ethernet을 통한 원격 제어
  • Raspberry Pi 또는 ESP32를 활용한 클라우드 연동
  • AWS IoT, Google Firebase를 이용한 데이터 저장 및 분석
  • 스마트폰 앱을 활용한 알림 기능 추가

5. 결론

PLC를 활용한 스마트 재배기는 높은 신뢰성과 안정성을 제공합니다. 특히 산업용 환경에서도 활용이 가능하며, 자동화된 온습도 및 급수 제어가 가능합니다. 향후 IoT 연동을 통해 스마트폰으로 모니터링할 수 있는 기능을 추가할 수도 있습니다.

PLC를 활용한 자동화 시스템 구축을 고려 중이라면, 초기 설계 단계에서 센서 및 액츄에이터의 신호 범위를 확인하는 것이 중요합니다. 아두이노와 같은 마이크로컨트롤러와 연동하는 방식도 고려하면 더욱 다양한 기능을 추가할 수 있습니다.

이 글이 PLC 기반 스마트 재배기 구축에 도움이 되길 바랍니다!

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