스마트 팜 시스템

스마트 팜 시스템

스마트 융합설비 설계기준의 스마트 팜 시스템에 대하여 알아보겠습니다. 스마트 팜 시스템은 온실, 과수원 등의 농장과 축사 등에 적용되며, 사물인터넷(IoT) 기술을 접목하여 작물, 가축 등의 생육환경을 디지털장비로 측정/분석하고, 유/무선 통신을 이용한 수집정보의 전송 및 원격·자동제어 등 생육환경을 적정하게 유지/관리하는 설비로 효율적인 스마트 팜(농장, 축사) 시스템을 구축하는 것을 목적으로 합니다. 줄어가는 농촌인구와 식량 안보 등 스마트 팜은 앞으로 살아가는 우리에게 매우 중요한 시스템이 될 것입니다. 스마트 팜의 일반사항, 관리시스템, 통합제어기, 제어설비, 센서, 유무선 네트워크, 부대설비 그리고 설계시 고려사항에 대해 적어보겠습니다.

 

1. 일반사항

스마트 팜 시스템의 설계시 일반사항입니다.

 

(1) 스마트 팜 시스템의 일반적 구성요소

가. 스마트 팜 시스템에서 수집/가공되어 활용되는 정보에는 영상정보, 제어정보, 환경정보 등이 있습니다.

나. 영상정보는 폐쇄회로텔레비전(CCTV, 웹 카메라 등), 제어정보에는 스마트 팜 시스템의 각종 제어값, 환경정보에는 각종 센싱(토양, 온도, 습도 등)데이터 등입니다.

다. 스마트 팜 시스템은 다양한 정보를 활용하여 최적의 스마트 팜 시스템의 운영을 위해 관리시스템, 통합제어기, 제어설비, 센서, 유/무선 네트워크, 부대설비 등으로 구성된다.

 

(2) 확장성

가. 설비 증설

나. 시스템 확장

 

(3) 시스템 안정성

가. 제어기 성능

나. 센서 성능

다. 통신 방식

 

2. 관리시스템

스마트 팜 시스템 설계시 관리시스템에 대한 내용입니다.

 

(1) 관리시스템은 수집정보의 저장, 제어, 처리 등이 가능하도록 설계

 

(2) 관리시스템은 스마트 팜 시스템의 내/외부 환경을 모니터링하고, 작목의 생장에 필요한 온실의 환경을 제어하여야 함

 

(3) 스마트 팜 시스템 각각의 특성을 지원할 수 있어야 함

 

(4) 농산물의 출하, 생산원가 계산에 필요한 비용관리, 생장에 필요한 단계별 작 업내용 등을 관리할 수 있어야 함

 

3. 통합제어기

스마트 팜 시스템 설계시 통합제어기에 대한 내용입니다.

 

(1) 통합제어기는 구동장비로서 관수제어기, 냉/난방기, 양액기 등 입니다.

 

(2) 온도, 습도 등 다양한 센서 노드로부터 수집된 정보를 수신하고 요청할 수 있도록 설계합니다.

 

(3) 관수제어기 등 스마트 팜 시스템 내부의 제어 노드에 제어신호를 송신하고 구동상태를 확인할 수 있도록 설계합니다.

 

(4) 스마트팜 관리시스템과 각종 제어설비 간 정보의 송/수신이 가능하도록 설계합니다.

 

(5) 유/무선 네트워크와 통신이 두절되는 등의 긴급 사항을 대비하여 독자적으로 제어가 가능하도록 설계합니다.

 

(6) 일정기간 센서노드 등으로부터 수집된 데이터를 저장할 수 있도록 설계합니다.

 

4. 제어설비

스마트 팜 시스템 설계시 제어설비에 대한 내용입니다.

 

(1) 통합제어기와 통신할 수 있는 유/무선 통신 모듈을 포함하여 설계합니다.

 

(2) 통합제어기의 신호를 받아 제어 장치를 구동할 수 있어야 합니다.

 

(3) 제어 노드의 제어 상태를 통합제어기로 전송할 수 있도록 설계합니다.

 

5. 센서

스마트 팜 시스템 설계시 센서에 대한 내용입니다.

 

(1) 통합제어기와 통신할 수 있는 유/무선 통신 모듈을 포함하여 설계합니다.

 

(2) 센서에서 측정된 측정값을 통합제어기로 전송할 수 있도록 설계합니다.

 

(3) 상시전원 또는 배터리전원으로 공급이 가능하도록 설계에 반영합니다.

 

(4) 센서는 교체나 추가가 간편할 수 있도록 설치방식 등을 설계에 반영합니다.

 

(5) 온/습도, 이산화탄소 센서는 온실의 출입구 쪽에서 약 10m 정도 떨어져 작물의 생장점 부근에 높이를 조절할 수 있도록 설계하는 것이 좋습니다.

 

(6) 센서를 고정할 경우 지면에서 약 1.5m 높이에 위치하도록 설계합니다.

 

(7) 토양수분 측정장치를 설계시에는 뿌리깊이와 관수시간에 따른 수분이동을 고 려한다.(채소의 경우 10cm 정도 깊이, 점적구로부터 20cm 정도 떨어진 곳에 센서를 묻어야 한다.)

 

6. 유/무선 네트워크

스마트 팜 시스템 설계시 유/무선 네트워크에 대한 내용입니다.

 

(1) 유선 네트워크는 고화질 영상전송 및 실시간 모니터링이 가능하도록 전송속도 를 감안하여 설계에 반영합니다.

 

(2) 무선 네트워크는 실시간 센싱 및 모니터링 등을 고려하여 주파수 대역(속도) 을 설계에 반영합니다.

 

7. 부대설비

스마트 팜 시스템 설계시 부대설비에 대한 내용입니다.

 

(1) 작물의 생장/생육상태를 확인할 수 있는 온실내부용 관찰카메라와 시설물을 관리하기 위한 온실외부용 보안카메라로 구성한다.

 

(2) 무정전전원장치(UPS)는 정전 등 유사시에 스마트 팜 시스템이 안정적으로 운영될 수 있도록 소요전력을 산출하여 설계한다.

스마트팜 시스템 구성요소(예시)

구분		세부 내역
환경 센서	내부	온도, 습도, CO2, 토양수분(토경), 양액측정센서(양액농도, EC, 산도PH), 수분센서(배지) 등
	외부	온도, 습도, 풍향, 풍속, 강우, 일사량 등
영상장비		CCTV, 웹카메라, DVR 등
시설별 제어 및 통합제어장비		환기, 난방, 에너지절감시설, 차광 커튼, 유동팬, 관수조절, 모터제어, 양액기 제어 등
최적 생육환경 정보관리시스템		실시간 생장환경 모니터링 및 시설물 제어 환경 및 생육정보 DB 분석 시스템

 

8. 설계시 고려 사항

스마트 팜 시스템 설계시 고려 사항에 대한 내용입니다.

 

(1) 무선통신을 사용하는 센서는 통신장애 요소를 파악하여 정보의 송/수신에 영향이 없도록 하여야하며, 유선통신을 사용하는 센서는 작업에 장애가 되지 않도록 설치하고 이전설치의 편리성을 고려하여야 합니다.

 

(2) 출입문 입구, 온풍난방기 주변, 전자파 및 잡음 영향권, 직사광선을 직접 받는 장소와 진동가능성이 있는 기계에 센서를 설치할 때는 센서의 측정값과 신호에 영향을 주지 않도록 합니다.

 

(3) 센서노드 및 제어노드는 제작사 및 타사 제품과 호환이 가능하여야 합니다.

 

(4) 작목별 재배기술, 작기 등이 다양하므로 시설유형과 기술 우선순위를 고려해 제어방법을 도입해야 합니다.

 

 

9. 결론

스마트 팜의 일반사항, 관리시스템, 통합제어기, 제어설비, 센서, 유무선 네트워크, 부대설비 그리고 설계시 고려사항에 대해 알아보았습니다. 스마트 팜은 온실, 과수원, 축사 등에 적용되며 재배하는 작물에 따라 설치되는 시스템이 매우 다양할 것으로 생각됩니다. 현재 적용되는 작물은 고부가가치의 작물 등에만 제한적으로 적용되는 것으로 파악되나 향후 급격한 확대 설치가 예상되는 산업입니다. 추이를 지켜보겠습니다.