[자동화] PLC를 활용한 스마트 재배기의 습도 조절 시스템

스마트 재배기에서 습도를 효과적으로 조절하는 것은 식물의 건강한 성장을 위해 필수적입니다. PLC(Programmable Logic Controller)를 활용하면 정밀한 습도 관리가 가능하며, 온습도 센서와 가습기, 환기 시스템을 연계하여 최적의 재배 환경을 유지할 수 있습니다. 이번 글에서는 PLC를 활용한 습도 조절 방법을 소개합니다.

1. 습도 조절을 위한 구성 요소

(1) 입력 장치: 습도 센서

습도를 측정하기 위해 산업용 습도 센서를 사용합니다. PLC와 연결하기 위해 4-20mA 또는 0-10V 출력을 지원하는 센서를 선택해야 합니다.

  • 추천 센서: HONEYWELL HIH 시리즈, SENSIRION SHT85
  • PLC 연결: 아날로그 입력 모듈(AI)에 연결하여 데이터 수집

(2) 출력 장치: 제어 장비

습도 조절을 위해 가습기와 환기 시스템을 PLC에서 제어합니다.

  • 가습기: 초음파식, 가열식, 고압 분무식 등
  • 환기 팬: 공기 순환을 통해 습도 과잉 방지
  • 제어 방식: PLC 디지털 출력(DO) → 릴레이(SSR) → 가습기/환기 팬 제어

2. PLC 프로그래밍 - 습도 조절 로직

(1) 기본 ON/OFF 제어

가장 간단한 방법으로, 습도가 일정 값 이하로 내려가면 가습기를 켜고, 목표 습도에 도달하면 가습기를 끄는 방식입니다.

IF 습도값 (D200) < 50% THEN  
    가습기 ON (Q0.0)  
ELSE IF 습도값 (D200) > 70% THEN  
    가습기 OFF (Q0.0)  
END IF

(2) PID 제어 적용 (정밀한 습도 조절)

습도를 일정하게 유지하기 위해 PID 제어를 적용할 수 있습니다. 이를 통해 가습기의 가동 시간을 세밀하게 조절합니다.

PID_LOOP1 (SP: 60, PV: D200, MV: D300, Kp: 2.0, Ki: 0.5, Kd: 0.1)  
IF D300 > 50 THEN  
    가습기 ON (Q0.0)  
ELSE  
    가습기 OFF (Q0.0)  
END IF
  • SP (Set Point): 목표 습도 60%
  • PV (Process Variable): 현재 측정된 습도값
  • MV (Manipulated Variable): PID 연산 결과 (0~100)
  • Kp, Ki, Kd: PID 게인 값

(3) 환기 시스템 추가 (습도가 너무 높을 경우)

습도가 설정값보다 높을 경우, 환기 팬을 작동하여 습도를 낮춥니다. CO₂ 센서를 추가하여 공기 질 관리도 가능합니다.

IF 습도값 (D200) > 80% THEN  
    환기 팬 ON (Q0.1)  
ELSE  
    환기 팬 OFF (Q0.1)  
END IF

3. 토양 습도 관리

(1) 토양 습도 센서 활용

대기 습도와 별개로 토양 습도를 측정하여 자동 급수 시스템을 운영할 수 있습니다. PLC와 연결하기 위해 0-10V 또는 4-20mA 출력을 지원하는 센서를 선택합니다.

  • 추천 센서: EC-5(용량식), YL-69(저항식), TDR 방식 센서
  • PLC 연결: 아날로그 입력 모듈(AI)에 연결하여 실시간 모니터링

(2) 급수 시스템 자동화

  • ON/OFF 방식 
    IF 토양 습도(D300) < 20% THEN  
    관수 밸브(Q0.2) ON  
ELSE IF 토양 습도(D300) > 40% THEN  
    관수 밸브(Q0.2) OFF  
END IF
  • PID 제어 방식 (점적 관수 적용 가능) 
    PID_LOOP2 (SP: 30, PV: D300, MV: D400, Kp: 1.5, Ki: 0.3, Kd: 0.1)  
IF D400 > 50 THEN  
    펌프(Q0.2) ON  
ELSE  
    펌프(Q0.2) OFF  
END IF

(3) EC(전기전도도) 센서를 활용한 영양 상태 모니터링

토양의 습도뿐만 아니라 영양 상태도 함께 관리하기 위해 EC(전기전도도) 센서를 추가할 수 있습니다. EC 값이 낮으면 비료나 영양분이 부족한 상태를 의미하며, PLC를 이용하여 자동으로 영양제 공급을 조절할 수 있습니다.

IF EC 값 (D500) < 1.2 mS/cm THEN  
    비료 펌프 ON (Q0.3)  
ELSE IF EC 값 (D500) > 2.5 mS/cm THEN  
    비료 펌프 OFF (Q0.3)  
END IF

4. 결론

PLC를 활용한 습도 조절은 기본적인 ON/OFF 제어부터 PID 기반 정밀 제어까지 가능합니다. 또한, 환기 시스템을 함께 적용하면 보다 효과적인 습도 관리를 할 수 있습니다. 토양 습도 제어를 추가하면 급수 시스템을 자동화할 수 있으며, EC 센서를 활용하면 토양의 영양 상태까지 모니터링하여 최적의 성장 환경을 제공할 수 있습니다.

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