PLC Automatic Control for IOT Based Hydroponic Plant Factory

IOT 기반 수경재배 식물공장을 위한 PLC 자동제어

Abstract

In this paper, we designed IOT(Internet of Things) based hydroponic plant factory in order to avoid the effects of fine dust penetrating into the soil, and proposed the PLC(Programmable Logic Controller) control methods. The designed plant factory could monitor the density of oxygen, the density of nutrient solution, temperature and humidity through touch screen and smart phone, and control the heater and cooler, ventilation and dehumidifier, and wavelengths of LEDs to grow plant in appropriate environments.

본 논문에서는 토양에 침투하는 미세먼지의 영향을 피하여 폐쇄된 공간에서 물과 배양액을 이용하는 IOT(Internet of Things) 기반의 수경재배 식물공장을 제작하고, PLC(Programmable Logic Controller) 제어 방법을 제안한다. 제작된 수경재배 식물공장은 터치스크린과 스마트폰을 통하여 산소의 농도, 양액의 농도, 온도, 습도의 정도를 모니터링 하고, 히터 및 쿨러제어, 환풍기 및 제습장치 제어, LED의 파장 등을 사용하여 식물이 적정한 환경에서 성장할 수 있도록 제어한다.

Fig. 1. The light absorption spectra of chlorophyll a and b. 그림 1. 엽록소 a와 b의 광흡수 스펙트럼

Fig. 2. Types of hydroponics. 그림 2. 수경재배 방식의 종류[6]

Fig. 3. Plant factory environmental control flowchart. 그림 3. 식물공장 환경제어 흐름도

Fig. 4. Plant Factory Overall composition diagram. 그림 4. 식물공장 종합 구성도

Fig. 5. Plant factory overall composition diagram. 그림 5. 식물공장 종합 구성도

Fig. 6. LED control algorithm for plant factory and LED PLC logic program. 그림 6. 식물공장 LED제어 알고리즘 및 LED PLC Logic Program

Fig. 7. Aeroponics nutrient control composition diagram. 그림 7. 분무식 양액제어 구성도

Fig. 8. Deep water culture control composition diagram. 그림 8. 담액식 양액제어 구성도

Fig. 9. Monitoring system flow diagram. 그림 9. 모니터링 시스템 흐름도

Fig. 10. Monitoring system flow diagram. 그림 10. 모니터링 시스템 흐름도

Fig. 11. Initial growth photo. 그림 11. 초기 성장 사진

Fig. 12. Comparison of roots in aeroponics and deep water culture. 그림 12. 분무식과 담액시의 뿌리 비교

Fig. 13. Growth length change graph by cultivation condition (Growing period). 그림 13. 재배 조건별 생장 길이 변화 그래프(성장기)

Fig. 14. Growing period photo. 그림 14. 성장기 사진

Table 1. Major system of hydroponic plant factory. 표 1. 수경재배 식물공장의 주요 시스템

Table 2. Effect of light wavelength on plant growth. 표 2. 광파장이 식물생장에 미치는 영향

Table 3. The light saturation point and the light compensation point of the plant. 표 3. 식물의 광포화점 및 광보상점

Table 4. LED installation diagram. 표 4. LED 설치 구성도