[스마트팜] PLC + Python 기반 하이브리드 온실 제어 시스템 아이디어

 

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🌿 PLC + Python 기반 하이브리드 온실 제어 시스템

서문: 왜 하이브리드 구조가 필요한가?

최근 스마트팜과 하이테크 온실에서는 단순한 자동화가 아닌, 데이터 기반 예측 제어, 클라우드 연동, 그리고 사용자 친화적인 UI가 요구되고 있습니다.
전통적인 PLC는 I/O 제어에는 뛰어나지만, 고급 연산이나 웹 연동에는 한계가 있습니다.

이러한 한계를 해결하기 위해 PLC와 Python 제어기를 결합한 하이브리드 구조가 널리 사용되고 있으며, 이는 안정성과 유연성을 동시에 확보할 수 있는 실용적인 선택입니다.

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시스템 구조

구성 요약:

• PLC: 센서 입력 및 액추에이터 제어 (릴레이, 펌프 등)

• Python 제어기: 제어 알고리즘, 웹 대시보드, 데이터 분석 등 고급 처리

• 통신: Modbus, OPC-UA, MQTT 등을 통해 양방향 데이터 교환

구조도 예시:

[센서/액추에이터]
     ↑       ↓
┌──────────────┐
│     PLC (입출력 제어)      │ ◀─▶ (Modbus, OPC UA)
└──────────────┘
         ↑
         ↓
┌───────────────┐
│ Python 제어기 (PC/산업용 PC) │
│ - AI, PID, 예측 제어         │
│ - 웹 서버 및 클라우드 연동   │
└───────────────┘

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역할 분담

1. PLC

• 센서 데이터 읽기

• 펌프, 팬, LED, 히터 등 액추에이터 제어

• 릴레이, 타이머 등 현장 I/O 제어

• 신뢰성과 실시간성이 요구되는 부분 담당

2. Python 제어기 (산업용 PC 또는 범용 PC)

• Modbus 또는 OPC를 통해 PLC 데이터 수집

• PID, 예측 제어, AI 연산 등 고급 알고리즘 실행

• 판단 결과를 PLC에 다시 전송

• 웹 UI, 데이터 로깅, 원격 제어 처리

3. 통신 프로토콜

• Modbus TCP (Ethernet 기반, 가장 보편적)

• Modbus RTU (RS-485 기반, 저비용)

• OPC UA (고급 산업용 표준)

• MQTT (클라우드 및 IoT 환경에 적합)

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데이터 흐름 예시 (습도 제어)

1. PLC가 습도 센서값을 D100 주소에 저장

2. Python이 D100 값을 읽음

3. 목표 습도와 비교 후 펌프 작동 여부 결정

4. 결과를 PLC의 D200 주소에 기록

5. PLC가 해당 값을 읽고 펌프 릴레이 제어

예제 코드 (Python - pymodbus 사용)

from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClient

client = ModbusTcpClient('192.168.0.10', port=502)
client.connect()

humidity = client.read_holding_registers(100, 1).registers[0]

if humidity < 60:
    client.write_register(200, 1)  # 펌프 ON
else:
    client.write_register(200, 0)  # 펌프 OFF

client.close()

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장점 요약

• 유연성: Python으로 다양한 알고리즘, 시각화, 웹 서비스 구현 가능

• 신뢰성: PLC가 직접 I/O 제어 → 안정적인 동작 보장

• 확장성: 스마트폰, 클라우드, AI 등과의 연동이 용이

• 유지보수 용이: Python 코드만 수정하면 되므로 현장 변경 없음

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적용 예시

• 중소형 온실: LS PLC + Ubuntu PC + Python

• 스마트 수직농장: Siemens PLC + 산업용 PC + 웹 대시보드

• 자동 양액 시스템: Mitsubishi PLC + Raspberry Pi + MQTT 제어

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이런 경우에 적합합니다

• 온실 환경을 데이터 기반으로 자동 제어하고 싶은 경우

• 원격에서 스마트폰이나 웹으로 온실 상태를 모니터링하고 싶은 경우

• 클라우드 연동 또는 AI 기반 제어를 확장하고 싶은 경우

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참고 자료

• Modbus + Python 통신 예제

• Flask/FastAPI 기반 웹 대시보드

• 스마트팜용 제어 알고리즘 (PID, 머신러닝 등)