KR20150068657A - 복합환경 제어시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

온실 외부의 환경 요인에 대응하여 온실 내부의 온도를 조절하되 온도 조절의 정확성 및 효율성이 향상되도록, 본 발명은 작물의 성장 환경 데이터에 따라 기설정된 설정온도와 온실의 내부 온도 간의 차이 값으로 산출된 제1편차온도가 기설정된 기준편차온도를 초과하면, 기설정된 비례제어테이블에 대응되는 개폐량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절하는 제1단계; 상기 온실의 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과되면, 재측정된 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 차이값으로 제2편차온도를 산출하는 제2단계; 및 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면, 비례적분제어를 통해 도출된 개폐보정량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절하는 제3단계를 포함하는 복합환경 제어시스템의 제어방법을 제공한다.

Description

복합환경 제어시스템 및 그의 제어방법{multiplex environment control system of green house and control method thereof}

본 발명은 복합환경 제어시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온실 외부의 환경 요인에 대응하여 온실 내부의 온도를 조절하되 온도 조절의 정확성 및 효율성이 향상되는 복합환경 제어시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 작물의 재배에 사용되는 온실은 터널 구조로 구비된 프레임이 지반에 고정되고, 상기 프레임의 상부에 투명한 비닐이 씌워짐으로써 이루어진다.

이러한, 상기 온실은 비닐을 통해 태양복사에너지는 투과시켜, 지표를 데우고 데워진 지표에서 방출되는 적외선은 비닐에서 차단되어 다시 지표로 반사되는 온실효과를 통해 내부 온도를 상승시킬 수 있다.

이에 따라, 겨울에도 각종 작물의 재배가 가능할 뿐만 아니라 사계절 내내 생산성이 높은 고품질의 작물의 재배 가능하도록 하여 수익성이 높은 다양한 작물의 재배를 위해 광범위하게 활용되고 있다.

또한, 상기 온실은 내부환경을 각 작물의 성장에 알맞게 인위적으로 조절할 수 있어 작물의 성장속도를 촉진시키고 수확시기를 앞당겨 작물의 경제성을 향상하고 수익성을 증가시킬 수 있다.

이때, 상기 온실은 작물에 맞는 최적의 성장조건을 제공하기 위해 온실의 내부 환경 즉, 온도나 습도, 이상화탄소 농도 등을 조절하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 상기 온실의 측부 및 상부에는 상기 내부 환경의 조절을 위해 측창 및 천창이 형성되며, 이를 개폐하기 위해 전동개폐기 등이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 전동개폐기는 상기 측창 및 천창의 개방폭을 조절하여 온실의 내부 환경을 조절할 수 있다. 이때, 상기 전동개폐기 등의 구동설비는 기후변화에 의한 온실 내부 환경 조건을 사용자가 설정한 값으로 조절하는 복합환경 제어기에 의해 제어된다.

그러나, 종래에는 복합환경 제어기가 온실 내부의 온도나 습도가 사용자가 설정한 값 이상 또는 이하가 되면 측창이나 천창을 개방하거나 폐쇄하는데, 여러 가지 외부 환경요인을 고려하지 않고 미리 정해진 방법으로 개방폭을 조절하기 때문에 사용자가 원하는 온실 내부 환경을 유지하는 데 많은 문제점이 있었다.

즉, 종래의 제어기는 온실 내부온도와 사용자 설정온도에 차이가 발생하면 개폐기를 작동시키는데 단계별로 열리고 닫히는 시간과 그 중간에 열리고 닫힌 상태를 고정하고 온도를 센싱하는 시간이 일정하기 때문에 설정온도와 내부온도 사이의 차이 정도에 무관하게 개폐기를 열거나 닫게 되었다. 이에 따라, 온실 내부온도를 정밀하게 조절하기 못할 뿐만 아니라, 오히려 온실 내부온도와 설정온도 사이에 더 큰 차이가 발생해버리는 문제점이 있었다.

또한, 풍향, 풍속 및 외부 환경 조건을 고려하기 않아 개폐기의 개폐주기와 개방폭, 개폐범위의 제어가 제대로 이루어지지 않기 때문에, 내부 온도가 설정온도로 조절되지 못하고 열린 위치가 고정된 상태로 계속적인 편차를 보이는 상황이 발생되더라도 제어기가 이를 보상하지 못하였으며, 능동적인 환경제어를 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

이에 따라, 환기시 온실 내부 온도가 전혀 제어되지 않거나, 비가 내릴 때 소량의 비에도 불구하고 개폐기가 닫혀버려 온실 내부온도가 불필요하게 상승하는 등 작물의 생장을 저해하거나 생산된 작물의 품질이 저하되는 등 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.

한국 등록실용 제20-0384277호

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 온실 외부의 환경 요인에 대응하여 온실 내부의 온도를 조절하되 온도 조절의 정확성 및 효율성이 향상되는 복합환경 제어시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 작물의 성장 환경 데이터에 따라 기설정된 설정온도와 온실의 내부 온도 간의 차이 값으로 산출된 제1편차온도가 기설정된 기준편차온도를 초과하면, 기설정된 비례제어테이블에 대응되는 개폐량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절하는 제1단계; 상기 온실의 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과되면, 재측정된 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 차이값으로 제2편차온도를 산출하는 제2단계; 및 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면, 비례적분제어를 통해 도출된 개폐보정량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절하는 제3단계를 포함하는 복합환경 제어시스템의 제어방법을 제공한다.

여기서, 상기 제3단계에서 상기 개폐보정량은 상기 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 누적된 편차량을 반영하여 산출됨이 바람직하다.

또한, 상기 제3단계는 기설정된 비례적분제어테이블에서 상기 외부 온도에 대응되는 개폐보정상수를 산출하는 단계와, 상기 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 편차량을 누적하여 산출한 적분제어값을 산출하는 단계와, 상기 개폐보정상수 및 상기 적분제어값을 반영한 상기 개폐보정량을 산출하는 단계와, 상기 산출된 개폐보정량에 따라 상기 환기창의 개방폭을 조절하는 단계를 포함함이 바람직하다.

그리고, 상기 제3단계는 상기 도출된 개폐보정량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭이 조절되면, 재측정된 내부 온도에 따라 상기 제1편차온도를 재산출하는 단계와, 상기 온실의 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과되면, 재측정된 내부 온도에 따라 상기 제2편차온도를 재산출하는 단계와, 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면, 비례적분제어를 통해 상기 개폐보정량을 재도출하여 상기 온실의 환기창 개방폭을 재조절하는 단계를 상기 제2편차온도가 상기 기준편차온도에 도달할 때까지 반복함이 바람직하다.

한편, 내부에 작물이 재배되는 보온공간이 구비되는 온실; 상기 온실의 내부 온도 및 외부 온도를 검출하는 검출수단; 상기 온실의 상부 및 측부에 구비되어 전동수단에 의해 선택적으로 개폐되는 복수개의 환기창; 및 상기 온실의 내부 온도 및 작물의 성장 환경 데이터에 따라 기설정된 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과하면 재측정된 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 차이값으로 제2편차온도를 산출하고, 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면 비례적분제어를 통해 상기 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 누적된 편차량에 대응되는 개폐보정량을 산출하여 상기 환기창 개방폭을 조절하는 비례적분제어부를 포함하는 복합환경 제어시스템을 제공한다.

상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 비례적분제어부는 내부 온도와 설정온도 사이에 기준치 이상의 편차가 발생되면 발생된 편차에 비례하여 환기창 개방폭을 조절함에 따라 단순하고 빠르게 온도 편차를 줄일 수 있으며, 대기시간 경과 후 온도 편차가 줄어들지 않는 경우에는 내부 온도와 설정온도 간의 편차 고정을 방지하기 위해 지속적으로 변화될 수 있는 즉, 경과된 대기시간 동안의 편차를 누적한 적분제어값을 통해 환기창의 개방폭을 점진적으로 조절함으로써 정밀한 온도 조절이 가능하므로 내부 온도가 설정온도에 빠르고 정확하게 도달될 수 있어 제품의 품질성이 향상될 수 있다.

둘째, 상기 비례적분제어부는 환기창의 개방폭 조절 이후 온실 내부 온도와 설정온도 사이의 온도차에 대응되는 대기시간을 부여하되 온도차가 큰 경우에 오히려 짧은 대기시간을 설정함으로써, 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지 여부를 신속하게 확인하여 수렴하지 않는 경우 환기창 개방폭을 재조절하는 과정이 빠르게 수행되므로 신속히 온도 편차를 제거하여 큰 온도 편차로 인한 작물 손상이 방지될 수 있어 작물의 생산성이 향상될 수 있다.

셋째, 상기 비례적분제어부는 환기창의 개방폭 조절 및 대기시간 경과 이후 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지 여부를 판단하는 과정을 통해 내부 온도가 설정온도로 수렴하는 경우에는 내부 온도가 설정온도에 도달할 때까지 대기시간만큼 대기하는 과정을 반복함으로써 불필요한 동작 없이 효율적인 온도 조절이 가능하여 피복재료의 손상을 방지하고 작동수단의 전력소모를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템이 적용된 온실을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템의 제어방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템에서 비례제어에 따라 환기창의 개방폭을 조절하는 제어방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템에서 비례제어테이블을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템에서 비례적분제어에 따라 환기창의 개방폭을 조절하는 제어방법을 나타낸 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합환경 제어시스템 및 그의 제어방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템이 적용된 온실을 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합환경 제어시스템(100)은 온실(70), 검출수단(20), 환기창(50), 그리고 비례적분제어부(10)를 포함한다.

여기서, 상기 온실(70)은 내부에 작물이 재배되는 보온공간이 구비된다. 즉, 터널구조로 구비되는 프레임(71)에 피복재료(72)가 씌워짐으로써 상기 온실의 내부에 밀폐형의 보온공간이 형성된다. 이때, 상기 보온공간에서 작물의 촉성재배가 가능하다.

상세히, 상기 프레임(71)은 철재 파이프나 합성수지 파이프 등으로 구비될 수 있으며, 상기 피복재료(72)는 염화비닐필름이나 폴리에틸렌필름, 유리 등 다양한 투영성 소재로 구비될 수 있다.

이때, 상기 프레임(71)은 각각의 파이프가 아치형태를 이루며 보온공간의 길이방향을 따라 배열됨으로써 터널 형태가 형성되며, 상기 프레임(71)의 외측에 상기 피복재료(72)가 씌워짐으로써 상기 온실(70)이 설치될 수 있다.

여기서, 상기 온실(70)의 내부는 상기 피복재료(72)에 의해 온실효과가 발생될 수 있다. 즉, 태양으로부터 방출되는 태양복사에너지가 상기 피복재료(72)를 통과하여 지반의 온도를 상승시키되, 온도가 상승된 지반으로부터 방출되는 지구복사에너지는 상기 피복재료(72)를 통과하지 못하고 지반측으로 재반사되어 상기 온실의 내부가 보온 될 수 있다.

이에 따라, 상기 보온공간을 통해 계절에 무관한 다양한 작물이 재배될 수 있다. 예를 들면, 상기 온실에서는 참외, 수박, 오이, 호박 등의 채소류가 촉성 재배될 수 있으며, 화훼류, 과수류 및 열대식물 등도 재배될 수 있다.

한편, 상기 온실(70)은 재배되는 작물에 따라 내부 온도, 내부 습도, 이산화탄소 농도 등의 내부환경이 조절될 필요가 있는데, 이를 위해 복수개의 환기창(50)이 구비된다. 여기서, 상기 환기창(50)은 온실(70)의 상부 및 측부에 구비되어 선택적으로 개방됨에 따라 내부 및 외부의 공기를 환기시킬 수 있다.

이때, 상기 환기창(50)에는 전동수단(40)이 구비되며, 전동수단(40)이 구동됨에 따라 상기 환기창(50)이 선택적으로 개방되고 폐쇄될 수 있다. 또한, 각 환기창(50)의 전동수단(40)은 각각이 독립적으로 구동되도록 제어될 수 있으며, 각 전동수단(40)의 회전량이 제어됨에 따라 상기 환기창(50)이 개폐되는 개방폭이 조절될 수 있다.

그리고, 상기 온실의 일측에는 콘트롤러(80)가 구비됨이 바람직하다. 이때, 상기 콘트롤러(80)는 사용자의 명령에 따라 환기창(50)을 개폐하거나 온실(70) 내부에 구비된 각종 기계장치를 직접 구동할 수 있다.

물론, 상기 콘트롤러(80)는 유무선 통신으로 상기 비례적분제어부(10)의 명령을 수신하여 상기 환기창(50)을 개폐하도록 구동될 수 있으며, 상기 콘트롤러(80)의 내부에 보조 제어부가 구비되어 온실 내부의 환경에 따라 상기 환기창의 개폐를 자동 조절하는 것도 가능하다.

한편, 상기 검출수단(20)은 상기 온실(70)의 내부환경을 효율적으로 조절하기 위해 상기 온실(70)의 내부 온도 및 외부 온도를 검출한다. 여기서, 상기 검출수단은 온실(70) 내측에 구비된 내부 온도센서(21)와 온실(70) 외측에 구비된 외부 온도센서(22)를 포함한다. 물론, 상기 검출수단(20)은 풍속계(23), 풍향계(24), 내외부 습도계, 이산화탄소 측정기(25) 등을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 검출수단(20)을 통해 검출된 각종 측정치는 실시간으로 상기 비례적분제어부(10)로 전달될 수 있으며, 상기 비례적분제어부(10)는 각종 측정치에 대응하여 일련의 제어과정을 수행함으로써 상기 온실(70)의 내부환경을 조절할 수 있다.

한편, 상기 비례적분제어부(10)는 작물의 성장 환경 데이터에 따라 기설정된 설정온도와 상기 검출수단(20)을 통해 검출된 온실(70)의 내부 온도 사이에 일정치 이상의 편차가 발생되면 온실(70)의 내부 온도를 설정온도로 조절하는 일련의 제어과정을 수행한다.

먼저, 상기 비례적분제어부(10)는 검출수단(20)을 통해 검출된 온실(70) 내부 온도가 설정온도보다 높거나 낮은 경우에 기설정된 비례제어테이블에 대응되는 개폐량을 산출하여 환기창(50)의 개방폭을 조절하게 된다.

상세히, 기설정된 설정온도와 온실의 내부 온도 간의 차이 값인 제1편차온도를 산출하고, 산출된 제1편차온도가 기설정된 기준편차온도를 초과하면, 기설정된 비례제어테이블에 대응되는 개폐량에 따라 상기 온실(70)의 환기창(50) 개방폭을 조절하게 된다.

이때, 상기 개폐량은 내부 온도에 설정온도로부터의 초과분이 발생되면 상기 환기창(50)의 개방폭을 증가시키는 값을 설정되고, 내부 온도에 설정온도로부터의 부족분이 발생되면 상기 환기창(50)의 개방폭이 감소되는 값을 설정됨이 바람직하다.

여기서, 상기 기준편차온도는 온실(70) 내부 온도가 설정온도와 다른 상태를 검출하는 기준으로 사용되며, 작물의 온도민감성에 따라 다른 값으로 설정될 수 있다. 즉, 작물이 온도에 매우 민감한 경우에는 온실(70) 내부 온도를 정확하게 설정온도로 조절하기 위해 0℃로 설정될 수 있으며, 작물이 온도에 대해 덜 민감한 경우에는 0.5℃ 등의 수치로 대상 작물에 따라 상이하게 설정될 수도 있다.

그리고, 비례제어는 온실(70) 내부 온도와 설정온도 간의 편차에 따라 상기 환기창(50)의 개방폭이 선형적인 비례관계로 제어되는 것으로 이해함이 바람직하다. 물론, 온도 내부 온도와 설정온도 간의 편차가 일정 이상으로 벌어지게 되면, 환기창은 100% 개방되거나 100% 패쇄된 상태로 고정될 수 있다.

또한, 상기 기설정된 비례제어테이블은 온실(70) 외부 온도에 대응되는 P밴드 값으로 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 온실(70) 외부 온도와 상기 P밴드 값은 일부 구간에서 반비례할 수 있으며, 상기 일부 구간 외에서는 P밴드 값이 고정될 수 있다.

물론, 상기 P밴드 값과 상기 온실(70) 외부 온도는 선형적으로 직선을 나타내며 반비례할 수 있으며, 상기 온실(70) 외부 온도가 증가함에 따라 상기 P밴드 값이 곡선을 그리며 반비례하는 것도 가능하다.

여기서, 상기 P밴드 값은 내부 온도가 설정온도보다 높을 때 환기창(50)의 개방폭이 100%로 완전히 개방되는 온도차를 나타내며, 내부 온도가 설정온도보다 낮을 때는 환기창(50)의 개방폭이 0%로 모두 닫히는 온도차를 나타내는 것으로 이해할 수 있다.

예를 들어, 내부 온도가 설정온도보다 높을 때 상기 P밴드 값이 20℃라면, 내부 온도가 설정온도보다 20℃ 높을 때 환기창(50)이 100% 열린다는 것을 의미하는 것으로 이해할 수 있다. 이때, 내부 온도가 설정온도보다 3℃ 높은 상태이면 환기창(50)은 15%로 개방될 수 있다. 즉, 환기창(50)이 완전히 닫힌 상태에서 내부 온도가 설정온도를 넘어설 때 닫힌 창을 15%만큼 열어 환기량(50)을 늘리고 내부 온도를 감소시키게 된다.

그리고, 내부 온도가 설정온도보다 낮을 때 상기 P밴드 값이 20℃라면, 내부 온도가 설정온도보다 20℃ 낮을 때 환기창(50)이 100% 닫힌다는 것을 의미하는 것으로 이해할 수 있다. 이때, 상기 내부 온도가 설정온도보다 3℃ 낮은 상태이면 환기창(50)은 15%로 폐쇄될 수 있다. 즉, 환기창(50)이 모두 개방된 상태에서 내부 온도가 설정온도에 미치지 못할 때 개방된 창을 15%만큼 닫아 환기량을 줄이고 내부 온도를 상승시키게 된다.

물론, 상기 P밴드 값은 현재 환기창(50)의 개방폭을 기준으로 열리거나 닫힌 상태에서 개방된 폭에 대응되는 비율로 산출되는 것도 가능하지만, 본 실시예에서는 환기창(50)의 최대 개방폭에서 편차온도에 대응되는 비율로 환기창(50)의 개방폭을 조절하는 것을 예로써 설명한다.

즉, 환기창(50)이 50% 열린 상태일 때, P밴드 값이 20℃이고 편차온도가 3℃일때, 50%의 15%에 해당하는 7.5%를 열어 총 개방폭이 57.5%가 되는 방식이 아니라 총 개방폭이 65%로 조절되는 방식을 예로서 설명한다.

또한, 상기 P밴드 값과 상기 온실(70) 외부 온도 사이의 상관 관계는 일정한 외부 온도에서 환기창(70)의 개방폭에 따라 변화되는 내부 온도를 측정하여 실험적으로 도출될 수 있으며, 환기창(70)의 개방폭 및 온실 내외의 온도 편차에 따른 공기 순환속도를 반영한 공식을 통해 산출되는 것도 가능하다.

그리고, 상기 비례적분제어부(10)는 비례제어테이블에 대응되는 개폐량을 산출하여 환기창(50)의 개방폭을 조절하는 비례제어 수행 후 온도 편차의 증감을 검출하여 비례제어의 오차를 보정하는 비례적분제어를 수행하게 된다.

상세히, 상기 비례적분제어부(10)는 환기창(50)의 개방폭이 조절되면 온실(70)의 내부 온도 및 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과되면, 대기시간 경과 후 재측정된 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 차이값으로 제2편차온도를 산출하게 된다.

다시 말해, 온실(70)의 내부 온도 및 설정온도 간의 온도차에 대응되는 대기시간을 산출하고, 대기시간만큼 대기한 후 온실의 온도변화를 검출하기 위해 내부 온도를 재측정하고 설정온도 간의 차이값을 산출하게 된다.

물론, 상기 대기시간은 환기창(50)이 작동수단(40)에 의해 설정된 개방폭으로 조절되는 시간을 고려하여 개폐구동이 시작되는 시점 이전의 내부 온도와 설정온도인 제1편차온도를 기준으로 설정될 수 있으며, 환기창(50)이 설정된 개방폭으로 조절된 개폐구동이 종료된 시점의 내부 온도와 설정온도 사이의 차이 값을 기준으로 설정되는 것도 가능하다.

즉, 상기 대기시간에는 환기창(50)의 개방폭 조절량에 대응되는 개폐시간이 반영됨이 바람직하다. 이때, 상기 개폐시간은 상기 작동수단(40)의 회전속도가 가변가능할 때는 고정된 시간으로 설정될 수 있을 것이며, 상기 작동수단(40)의 회전속도가 고정되어 있을 때는 개방폭 조절량에 비례하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 대기시간은 내부 온도와 설정온도 사이의 편차에 반비례하여 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 클수록 짧게 설정되고, 편차가 작을수록 길게 설정될 수 있다.

그리고, 내부 온도의 설정온도와의 편차 및 대기시간 사이의 반비례는 선형적인 상관관계를 가지도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 5℃일 때 1분, 4℃일 때 2분, 3℃일 때 3분, 2℃일 때 4분, 1℃일 때 5분으로 설정되는 선형적인 상관관계가 가능하다.

물론, 상기 대기시간은 내부 온도와 설정온도 사이의 편차에 대응하여 설정되되, 일조량이나 풍속, 풍향, 외부 온도 등을 종합적으로 고려하여 설정되는 것도 가능하다. 예를 들면, 풍속이 높을수록 내기와 외기 사이의 환기가 빠르게 이루어질 수 있으므로 대기시간을 감소시키고, 외부 온도가 낮을수록 외부 온도의 유입시 온도 변화량이 증가될 수 있으므로 대기시간을 감소시키는 등 다양한 환경 영향 요인을 대입하여 산출될 수 있다.

이때, 상기 대기시간은 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 클수록 작물에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에 짧은 대기시간 후 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 줄어들었는지 확인하고 그에 따른 제어를 수행하도록 설정되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 비례적분제어부(10)는 대기시간 경과 후 산출된 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면, 비례적분제어를 통해 상기 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 누적된 편차량에 대응되는 개폐보정량을 산출하여 상기 환기창(50) 개방폭을 조절한다.

즉, 대기시간 경과 후 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 감소했다면, 비례제어에 따른 환기창(50)의 개방폭 조절로 내부 온도의 조절이 이루어지고 있으므로 대기시간 동안 대기 후 재측정된 내부 온도와 설정온도 사이의 제2편차온도를 재산출하여 기준편차온도와 비교하는 과정을 제2편차온도가 기준편차온도에 도달될 때까지 반복수행하게 된다.

이때, 상기 대기시간은 대기에서 온도 비교 과정까지 1주기를 거칠 때마다 변화된 내부 온도와 설정온도 사이의 편차에 대응하여 재산출될 수 있으며, 최초 설정된 대기시간으로 매 주기에 동일하게 설정되는 것도 가능하다.

반면, 대기시간 경과 후 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 감소되지 않았다면, 비례제어에 따른 환기창(50)의 개방폭 조절로 내부 온도의 조절이 이루어지지 않는 상태이므로 비례적분제어를 통해 개방폭을 보정하게 된다.

이때, 비례적분제어는 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 설정온도 간의 누적된 편차량 즉, 경과된 시간 동안의 온도 편차 합계인 적분 값을 통해 환기창(50)의 개방폭을 재조절하게 된다.

이에 따라, 비례제어시 조절된 환기창(50) 개방폭으로 내부 온도가 조절되지 못하고 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 유지되는 경우에 내부 온도와 설정온도 사이의 편차를 대기시간 동안 적분한 누적 편차량을 기준으로 각 주기마다 수행되는 비례적분제어를 통해 점진적으로 줄여나갈 수 있다.

이때, 한 주기는 대기시간만큼 대기한 후, 비례적분제어가 필요한지 여부를 판단하고, 비례적분제어가 수행된 경우 대기시간만큼 대기하는 과정에서 대기시간 대기 후로부터 차번 대기시간 대기 후까지의 과정을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.

물론, 상기 대기시간은 비례제어를 통한 개방폭 조절 후의 대기시간과 비례적분제어를 통한 개방폭 조절 후의 대기시간이 상이하게 설정될 수 있다. 즉, 개폐보정량에 의해 온실 환기창의 개방폭이 조절되면, 상기 대기시간은 내부 온도와 설정온도 사이의 편차에 대응하여 산출되되 기설정된 미소변화대기시간을 더 포함함이 바람직하다.

일반적으로, 비례적분제어를 통한 개방폭 조절량은 비례제어를 통한 개방폭 조절량에 비해 미소하게 이루어질 수 있으므로 추가적인 시간 즉, 미소변화대기시간을 더 포함하되, 내부 온도와 설정 온도 사이의 편차에 반비례하게 설정됨이 바람직할 것이다. 이때, 상기 미소변화대기시간은 개폐보정량에 대응하여 설정될 수 있다.

한편, 상기 비례적분제어부(10)는 데이터저장부(30)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 데이터저장부(30)에는 비례제어테이블, 비례적분제어테이블, 그리고 작물의 성장 환경 데이터 등이 기저장됨이 바람직하다.

또한, 상기 데이터저장부(30)에는 상기 검출수단(20)에 의해 검출된 측정치가 시간대별로 데이터베이스화되어 저장될 수 있다. 즉, 상기 비례적분제어부(10)는 상기 검출수단(20)에 의해 검출된 온실 내부 온도, 외부 온도, 풍속, 풍향 등의 측정치를 수신하고, 수신된 측정치를 상기 데이터저장부(30)에 저장한다. 이때, 시간대별로 저장된 측정치는 상기 비례적분제어테이블이나 상기 비례제어테이블을 수정하는 참고자료로 활용될 수 있다.

그리고, 상기 비례적분제어부(10)는 내부 온도와 설정온도 간의 편차를 산출하는 비교연산이나 비례제어 혹은 비례적분제어와 관련된 연산 시 상기 데이터저장부(30)에서 저장된 측정치를 호출하여 사용하거나 연산 중간 값을 상기 데이터저장부(30)에 임시저장할 수 있다.

한편, 상기 전동수단(40)은 구동모터, 개폐축, 그리고 개폐막을 포함할 수 있다. 이때, 상기 구동모터는 개폐막의 중량에 따라 DC모터나 AC모터 등으로 구비될 수 있으며, 상기 구동모터는 상기 비례적분제어부(10)에 의해 회전량이 제어될 수 있다.

상세히, 상기 비례적분제어부(10)에 의해 상기 환기창(50)의 개방폭이 설정되면 상기 구동모터는 그에 대응되는 회전량으로 회전되고, 상기 개폐축은 회전량에 대응되는 각도로 배치되어 환기창(50)을 개폐하게 된다. 이때, 상기 개폐막은 쌍으로 배치된 개폐축의 단부를 상호 연결하는 권취롤에 구비되어, 상기 환기창(50)의 개방시 권취되도록 구비될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템의 제어방법을 나타낸 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템에서 비례제어에 따라 환기창의 개방폭을 조절하는 제어방법을 나타낸 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템에서 비례제어테이블을 나타낸 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복합환경 제어시스템에서 비례적분제어에 따라 환기창의 개방폭을 조절하는 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합환경 제어시스템(100)의 제어방법은 다음과 같은 과정으로 이루어진다.

먼저, 작물의 성장 환경 데이터에 따라 기설정된 설정온도와 온실의 내부 온도 간의 차이 값으로 산출된 제1편차온도가 기설정된 기준편차온도를 초과하면(s20), 기설정된 비례제어테이블에 대응되는 개폐량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절한다(s40).

상세히, 상기 복합환경 제어시스템(100)은 사용자의 명령 입력이나 기설정된 시간 혹은 기설정된 조건에 대응하여 구동될 수 있다. 이때, 상기 복합환경 제어시스템(100)이 구동되면, 상기 검출수단을 통해 온실 내부 온도, 외부 온도, 외기 풍속 및 풍향 등 다양한 환경조건에 대한 측정치를 검출하고(s10), 검출된 측정치를 상기 비례적분제어부로 전달하게 된다.

그리고, 작물의 성장 환경 데이터에 따라 기설정된 설정온도와 온실의 내부 온도 간의 차이 값으로 제1편차온도를 산출한다(s20). 이때, 상기 설정온도는 작물의 성장 환경 데이터에 따라 작물이 입력되면 자동으로 산출될 수 있으며, 계절이나 작물의 성장 정도에 대응하여 산출될 수 있다. 물론, 사용자가 작물에 맞는 온도를 직접 입력하여 상기 설정온도를 설정하는 것도 가능하다.

이때, 제1편차온도가 기설정된 기준편차온도를 초과하면, 기설정된 비례제어테이블에 대응되는 개폐량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절한다(s40). 여기서, 상기 기준편차온도는 사용자의 입력에 의해 설정될 수 있으며, 작물의 온도민감성에 대응하여 설정될 수 있다.

즉, 상기 기준편차온도는 작물의 생장에 영향을 미치지 않는 온도범위를 나타내는 것으로, 상기 제1편차온도가 상기 기준편차온도 이내에서 상기 온실 내부 온도와 설정온도 간의 온도차는 무시될 수 있다.

그리고, 제1편차온도가 기설정된 기준편차온도를 초과한다는 말은 내부 온도가 설정온도를 넘어 높아졌거나 설정온도에 못 미치게 낮은 상태를 의미한다. 이때, 제1편차온도가 기설정된 기준편차온도 이하이면 내부 온도는 설정온도로 맞춰진 상태이거나 설정온도와의 온도 차이가 무시 가능한 수준임을 의미한다.

따라서, 온실 내부 온도를 감지하는 이전단계로 되돌아가 온실 내부 온도를 재측정(s10)하고 설정온도와 비교하는 과정(s20,s30)를 내부 온도와 설정온도 사이의 온도 차가 작물의 생장에 영향을 미치는 수준 즉, 기준편차온도를 초과할 때까지 반복하게 된다.

한편, 도 3 내지 도 4를 참조하면, 기설정된 비례제어테이블에 대응되는 개폐량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절하는 과정(s40)은 상기 비례제어테이블에서 온실 외부 온도에 대응되는 개폐상수를 산출(s41)하고, 개폐상수에 상기 제1편차온도를 반영하여 산출된 개폐량으로 환기창의 개방폭을 조절하는 과정(s45)을 포함한다.

이때, 상기 개폐량은 온실 내부 온도와 설정온도를 비교하여 온실 내부 온도의 초과분에 대해서는 환기창을 개방하고, 온실 내부 온도의 부족분에 대해서는 환기창을 폐쇄하도록 설정됨이 바람직하다.

상세히, 도 4 내지 도 5를 참조하면, 기설정된 비례제어테이블에서 온실 외부 온도에 대응되는 개폐상수를 산출한다(s41). 예를 들어, 상기 비례제어테이블은 외부 온도에 대응되는 P밴드를 나타낸 그래프로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 P밴드는 환기창의 개방폭이 100%로 개방되는 온도 차이를 나타내고 있으며, 외부 온도에 대응되는 P밴드를 산출하면 산출된 P밴드에 대응되는 개폐상수를 산출할 수 있다.

즉, 외부 온도가 20℃일 때, P밴드 값은 10℃로 산출될 수 있다. 이는, 내부 온도와 설정온도 사이의 온도 차가 10℃일 때, 환기창을 100%로 개방한다는 의미이므로, 100%를 20℃로 나누면 5%/1℃의 개폐상수를 산출할 수 있다.

물론, 상기 개폐상수는 온실 내부 온도와 설정온도를 비교하여 온실 내부 온도의 초과분이 존재할 때는 양수 즉, 환기창을 개방하는 값으로 설정되고, 온실 내부 온도의 부족분이 존재할 때는 음수 즉, 환기창을 폐쇄하는 값을 설정될 수 있다.

그리고, 상기 산출된 개폐상수에 내부 온도와 설정온도의 차이 값인 제1편차온도를 곱해 환기창의 개폐량을 산출할 수 있다.

예를 들면, 온실 내부 온도와 설정온도 사이에 5℃이 초과분이 있을 때는 환기창을 25% 열어주고, 5℃의 부족분이 있을 때는 환기창을 25% 닫아주게 된다. 이때, 현재 환기창의 개방폭을 검출하여 개폐량의 한계값이 설정될 수 있다.

즉, 현재 개방폭은 50%일 때 개폐량이 25%만큼 개방량으로 산출되었다면 75%로 환기창의 개방폭이 조절될 수 있다. 반면, 현재 개방폭이 90% 일 때는 10%의 한계치가 설정되어 25%에서 15%만큼의 개방량은 무시되어 환기창의 개방폭이 100%로 조절될 수 있다.

물론, 상기 산출된 개폐량은 환기창의 개방폭의 절대치로 설정될 수 있다. 이때, 산출된 개폐량이 50%라면 현재 개방폭과 무관하게 개방폭을 50%로 조절하게 된다. 즉, 현재 개방폭이 75%라면 25%만큼 닫아 50%로 조절되고, 현재 개방폭이 25%라면 25%만큼 열어 50%로 조절될 수 있다.

이때, 상기 산출된 개폐상수는 외기 풍속에 따라 보정될 수 있다(s42). 외기 풍속은 환기창의 개방시 온실 내기와 외기가 교환되는 속도에 영향을 주게 된다. 즉, 외기 풍속이 낮을 때는 온실 내기와 외기 교환되는 속도가 느리기 때문에 P밴드 값이 감소될 수 있다.

P밴드 값이 감소된다는 말은 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 작을 때에도 환기창이 많이 개방됨을 의미한다. 따라서, 상기 외부 온도에 따라 산출된 개폐상수는 상기 비례제어테이블에서 풍속에 대응되는 비례제어설정치를 통해 보정될 수 있다.

예를 들어, 풍속이 0m/s 일 때, 외부온도가 20℃라면 P밴드는 10℃가 되며, 개폐상수는 10%/1℃가 된다. 이때, 풍속이 5m/s가 되면, P밴드는 15℃로 증가하고 개폐상수는 6.6%/1℃가 된다. 이처럼, 상기 비례제어테이블을 통해 외부 온도 및 풍속에 대응되는 개폐상수를 산출하여 환기창의 개방폭을 조절할 수 있다.

또한, 각 환기창은 상호 독립적으로 개폐될 수 있으며, 외기 풍향에 따라 각 환기창의 개폐속도가 상이하게 설정될 수 있다(s44). 즉, 바람이 불어오는 쪽의 환기창이 빠르게 열리면 유입되는 외기에 의해 작물이 스트레스를 많이 받게 될 수 있다. 따라서, 찬 공기의 급속한 유입을 방지하기 위해 바람이 불어오는 쪽의 환기창은 바람이 불어나가는 쪽의 환기창보다 천천히 열리는 것이 바람직하다.

이처럼, 비례제어에 따라 환기창의 개폐량이 산출되고, 여러 환경 조건에 따라 환기창의 개폐속도가 산출되면, 각 환기창의 개방폭이 조절되어 내부 온도와 설정온도 사이의 온도 차를 감소시킬 수 있다.

한편, 비례제어테이블에 대응되는 개폐량에 따라 온실 환기창의 개방폭이 조절되면(s40), 온실 내부 온도 및 설정온도 간의 온도차에 대응되는 대기시간을 산출하고(s50), 상기 대기시간 동안 대기하는 과정(s60)을 거치게 된다.

여기서, 상기 대기시간은 환기창이 설정된 개방폭으로 조절되는 시간을 고려하여 개폐구동이 시작되는 시점이전의 내부 온도와 설정온도인 제1편차온도를 기준으로 설정될 수 있으며, 환기창이 설정된 개방폭으로 조절된 후의 내부 온도와 설정온도 사이의 차이 값을 기준으로 설정되는 것도 가능하다.

그리고, 상기 대기시간은 내부 온도와 설정온도 사이의 편차에 반비례하여 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 클수록 짧게 설정되고, 편차가 작을수록 길게 설정될 수 있다.

이에 따라, 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 클 경우에는 빠르게 후속 제어과정을 수행하여 환기창의 개방폭을 조절하고 내부 온도를 조절함으로써 조절을 통해 작물의 생장에 방해요인이 되는 온도편차를 줄여 작물의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 편차가 작을 경우에는 후속 제어과정이 반복 진행되는 속도를 줄여 피복재료나 작동수단의 손상을 방지하여 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 온실의 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과되면(s60), 재측정된 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 차이값으로 제2편차온도를 산출한다(s70).

여기서, 대기시간의 경과 후 산출된 제2편차온도와 상기 산출된 제1편차온도를 비교하여 비례제어에 따른 환기창 개방폭 조절로 내부 온도가 설정온도에 수렴하고 있는지를 판단함으로써(s80) 오차보정을 위한 추가적인 비례적분제어(s90)의 수행여부가 결정된다.

이처럼, 내부 온도 조절이 필요한 상태에서 빠르게 수행되는 비례제어를 통해 1차적인 온도 조절을 수행하고, 1차로 수행된 온도 조절과정 후 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지 판단하는 과정을 거쳐, 수렴하지 않는 경우에 비례적분 제어를 통한 정밀한 온도 제어를 수행함으로써 내부 온도가 설정온도에 도달되도록 빠르고 정확하게 조절할 수 있다.

또한, 각 온도 조절과정 이후에 대기시간을 두고, 대기시간 경과 후 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지 판단하는 과정을 부여하여 불필요한 동작을 줄여 작동수단 혹은 피복재료의 손상을 방지하여 제품의 내구성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면(s80), 비례적분제어를 통해 도출된 개폐보정량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절한다(s90).

이때, 상기 개폐보정량은 온실 내부 온도와 설정온도를 비교하여 온실 내부 온도의 초과분에 대해서는 환기창을 개방하고, 온실 내부 온도의 부족분에 대해서는 환기창을 폐쇄하도록 산출됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 미만이면(s80), 비례제어를 통한 내부 온도 조절이 유효하게 진행되고 있는 상태이므로 비례적분제어는 수행되지 않고, 제2편차온도와 기설정된 기준편차온도를 비교하는 과정(s100)이 수행된다.

그리고, 상기 제2편차온도가 기준편차온도 이하가 되면(s100) 내부 온도는 설정온도로 맞춰진 상태이거나 설정온도와의 온도 차이가 무시 가능한 수준임을 의미한다.

따라서, 온실 내부 온도를 감지하는 과정(s10)으로 되돌아가 온실 내부 온도를 재측정하고(s10) 설정온도와 비교하는 과정(s20,s30)를 내부 온도와 설정온도 사이의 온도 차가 작물의 생장에 영향을 미치는 수준 즉 기준편차온도를 초과할 때까지 반복하게 된다.

또한, 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 미만인 경우(s80) 비례제어를 통한 내부 온도 조절이 유효하게 진행되고 있지만, 상기 제2편차온도가 기준편차온도를 초과하는 경우(s100), 여전히 온실 내부 온도가 설정온도까지 도달된 상태는 아니기 때문에 대기시간 동안 대기(s60) 후 재측정된 내부 온도와 설정온도 사이의 제2편차온도를 재산출(s70)하여, 기준편차온도와 비교하는 과정(s100)을 제2편차온도가 기준편차온도에 도달될 때까지 반복수행하게 된다.

이때, 제2편차온도가 기준편차온도에 도달될 때까지 대기(s60)하고 기준편차온도를 비교하는 과정(s100) 중에도 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지 여부는 외부환경에 따라 변화될 수 있으므로 지속적으로 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지를 판단하는 과정(s110,s70,s80)이 수행된다.

즉, 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지 여부를 판단하는 파라미터 중 하나인 제1편차온도를 제2편차온도와 기준편차온도의 온도 비교과정(s100) 이후에 재측정된 내부 온도와 설정온도 사이의 차이값으로 재산출한다(s110).

그리고, 차번 대기시간 경과(s60) 후 재측정된 내부 온도와 설정온도 사이의 제2편차온도를 재산출하여(s70), 제1편차온도 및 제2편차온도를 비교함으로써 내부 온도가 지속적으로 설정온도로 수렴하고 있는지 여부(s80)를 판단하게 된다.

이때, 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면(s80), 내부 온도가 설정온도로 수렴하고 있지 않기 때문에 비례적분제어를 수행(s90)하여 환기창의 개방폭을 조절하게 된다.

여기서, 비례적분제어를 통해 환기창의 개방폭을 조절하는 개폐보정량은 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 누적된 편차량을 반영하여 산출됨이 바람직하다.

즉, 상기 비례제어에 따른 환기창 개방폭 조절(s50)은 내부 온도와 설정온도 사이의 편차에 따라 산출된 개폐량에 의해 이루어지는데, 개방폭 조절(s50) 후 내부 온도가 변화하지 않는 경우에는 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 변화되지 않기 때문에 환기창은 더 이상 개방되거나 폐쇄되지 않고 조절된 개방폭으로 고정되어 현재 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 정상상태오차로 유지되게 된다.

따라서, 제2편차온도와 제1편차온도를 비교하여(s80), 내부 온도가 설정온도로 수렴하지 않는 경우에는 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 설정온도 사이의 누적된 편차량을 통해 개폐보정량을 산출하여 환기창의 개방폭을 조절할 수 있다(s90).

이에 따라, 내부 온도와 설정온도 사이의 편차가 정상상태오차로 유지되지 않고 점진적으로 감소될 수 있으므로, 온실 내부 온도를 작물의 생장에 적합한 온도로 조절하여 작물의 생산성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 비례적분제어를 통해 도출된 개폐보정량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절하는 과정(s90)은 기설정된 비례적분제어테이블에서 상기 외부 온도에 대응되는 개폐보정상수를 산출하고(s91), 상기 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 편차를 누적하여 적분제어값을 산출하며(s92), 상기 산출된 개폐보정상수 및 상기 산출된 적분제어값을 반영한 상기 개폐보정량을 산출하고(s93), 상기 산출된 개폐보정량에 따라 상기 환기창의 개방폭을 조절하는 과정(s94)을 포함한다.

여기서, 상기 비례적분제어테이블은 온실 외부 온도에 대응되는 P밴드 보정값으로 나타낼 수 있다. 이때, P밴드 보정값은 P밴드 값에 의해 조절된 환기창의 개방폭을 재조절하는 값으로, 상기 P밴드 보정값은 실험적으로 도출되거나 일정한 공식을 통해 산출될 수 있다. 그리고, 외부 온도에 대응되는 P밴드 보정 값이 산출되면, 이에 대응되는 개폐보정상수를 산출할 수 있다.

또한, 상기 적분제어값은 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 설정온도 간 누적된 편차량으로 산출되며, 편차량이 변화되지 않더라도 경과되는 대기시간에 의해 지속적으로 변화될 수 있다. 즉, 상기 적분제어값은 단위 대기시간에서 내부 온도 및 설정온도 간의 편차를 경과된 대기시간 동안 적분하여 산출될 수 있다.

그리고, 개폐보정상수 및 적분제어값을 반영하여 개폐보정량을 산출할 수 있다. 예를 들면, 상기 개폐보정량은 개폐보정상수에 적분제어값을 곱하여 산출될 수 있다. 즉, 상기 개폐보정상수가 단위온도당 개방폭 변화량으로 산출되면, 경과된 대기시간 동안의 총 편차량인 적분제어값을 곱하여 개폐보정량을 산출할 수 있다.

이때, 상기 개폐보정량은 내부 온도가 설정온도보다 높을 때는 환기창이 개방되고, 내부 온도가 설정온도보다 낮을 때는 환기창이 폐쇄되도록 산출됨이 바람직하다.

물론, 상기 개폐보정량은 현재 환기창의 개방폭에서 변경되는 개방폭으로 산출될 수 있다. 예를 들어, 현재 개방폭이 15%이고, 개폐보정량이 3%인 경우에 환기창의 개방폭은 18%로 조절될 수 있다. 이때, 상기 개폐보정량은 환기창의 개방폭 절대치로 산출되는 것도 가능하지만, 본 실시예에서는 현재 환기창의 개방폭을 보정하는 값으로 산출되는 것을 예로 설명한다.

또한, 비례적분제어에 따라 환기창의 개방폭이 조절되면(s90), 재측정된 내부 온도에 따라 상기 제1편차온도를 재산출하고(s110), 온실의 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간의 경과(s60) 후 재측정된 내부 온도에 따라 상기 제2편차온도를 재산출한다(s70).

물론, 비례제어를 통한 개방폭 조절 후의 대기시간과 비례적분제어를 통한 개방폭 조절 후의 대기시간이 상이하게 설정될 수 있다. 즉, 개폐보정량에 의해 온실 환기창의 개방폭이 조절되면, 상기 대기시간은 내부 온도와 설정온도 사이의 편차에 대응하여 산출되되 기설정된 미소변화대기시간을 더 포함함이 바람직하다.

일반적으로, 비례적분제어를 통한 개방폭 조절량은 비례제어를 통한 개방폭 조절량에 비해 미소하게 이루어질 수 있으므로 추가적인 시간을 더 포함하되, 내부 온도와 설정 온도 사이의 편차에 반비례하도록 설정됨이 바람직할 것이다.

이때, 제2편차온도가 상기 제1편차온도 미만이면(s80), 개폐보정량에 의한 환기창 조절로 온실 내부 온도가 설정온도에 수렴하고 있으므로, 제2편차온도가 상기 기준편차온도에 도달할 때(s100)까지 대기시간 대기(s60) 후 제2편차온도와 제1편차온도를 비교하여 내부 온도가 설정온도에 수렴하고 있는 여부를 비교(s80)하는 과정을 반복하게 된다.

즉, 제2편차온도가 기준편차온도에 도달했는지 비교(s100), 수렴여부 비교 파라미터 중 하나인 제1편차온도 재산출(s110), 대기시간 대기(s60), 수렴여부 비교 파라미터 중 하나인 제2편차온도 재산출(s70), 수렴여부 비교(s80)의 과정을 반복수행하게 된다.

이때, 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면(s80), 내부 온도가 설정온도로 수렴하고 있지 않기 때문에 비례적분제어를 재수행하여 환기창의 개방폭을 재조절하게 된다(s90).

즉, 경과된 대기시간에 의해 지속적으로 변화되는 누적된 편차량, 즉 적분제어값을 통해 개폐보정량을 재도출하여 상기 온실의 환기창 개방폭을 재조절하게 된다.

이처럼, 내부 온도와 설정온도 간의 편차가 변화되지 않더라도 지속적으로 변화되는 적분제어값을 통해 환기창 개방폭을 점진적으로 변화시킴으로써 내부 온도와 설정온도 간의 편차가 유지되어 작물의 생장이 저하되는 오작동 없이 정밀한 온도 조절이 가능하므로 제품의 정밀성이 향상될 수 있다.

물론, 환기창이 100%로 열린 상태에서 내부 온도가 설정온도보다 높은 상태에서 계속 유지된다면, 내부 환기팬을 구동하는 단계가 추가적으로 수행되는 것도 가능하며, 환기창이 100%로 닫힌 상태에서 내부 온도가 설정온도보다 낮은 상태로 계속 유지된다면, 내부 난방시스템을 구동하는 단계가 추가적으로 수행되는 것도 가능하다.

상술된 복합환경 시스템의 제어방법을 구체적인 예로 설명하면, 환기창이 100% 닫힌 상태에서 내부 온도가 20℃, 설정온도가 15℃, 외부 온도가 15℃, 풍속이 0m/s, 기준편차온도가 0℃일 때, 제1편차온도는 5℃로 산출된다.

이때, 제1편차온도는 기준편차온도를 초과하므로 비례제어에 의해 환기창의 개방폭이 조절된다. 여기서, 환기창의 개방폭은 P밴드 값이 15℃이므로 개폐상수는 6.6%/1℃가 되고, 환기창은 33%가 개방된 상태가 된다.

그리고, 대기시간이 5분이라면, 5분 후 변화된 온실 내부 온도를 측정하여 설정온도 간의 제2편차온도를 산출한다. 이때, 내부 온도가 18℃로 감소했다면, 제2편차온도는 3℃이고, 제1편차온도 미만으로 설정온도로 수렴하고 있는 상태이지만 기준편차온도 이상이므로 제1편차온도는 3℃로 재산출되고 다시 대기시간 대기과정으로 순환된다.

그리고, 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지 여부를 판단하며 내부 온도가 설정온도에 도달할 때까지 순환하게 된다. 이러한 순환과정에서 내부 온도가 설정온도로 수렴하지 않는다면 비례적분제어를 통해 환기창을 개방폭을 재조절하고 수렴여부 판단, 수렴완료 여부 판단 등 상술된 일련의 과정을 반복하게 된다.

만약, 비례제어에 의해 환기창 개방폭 조절 및 대기시간 경과 후 내부 온도가 15℃라면 설정온도로 수렴하고 있는 상태이고, 기준편차온도에 도달했으므로 순환을 종료하고 온실 내부를 측정하여 설정온도와의 편차가 발생하는 비교하는 단계로 돌아가게 된다.

만약, 비례제어를 통한 개방폭 조절 및 대기시간 경과 후 내부 온도가 20℃라면 설정온도로 수렴하지 않는 상태이므로, 비례적분제어를 통해 환기창의 개방폭을 조절하게 된다.

그리고, 개방폭 조절 후 제1편차온도를 재산출하여 5℃로 설정된 상태에서 대기시간 경과 후 재산출되는 제2편차온도와의 비교를 통해 내부 온도가 설정온도에 도달할 때까지 대기 혹은 개방폭 재조절과정을 반복 수행하게 된다.

한편, 환기창이 100% 열린 상태에서 내부 온도가 20℃, 설정온도가 25℃, 외부 온도가 20℃, 풍속이 0m/s, 기준편차온도가 0℃일 때, 제1편차온도는 5℃로 산출된다.

이때, 제1편차온도는 기준편차온도를 초과하므로 비례제어에 의해 환기창의 개방폭이 조절된다. 여기서, 환기창의 개방폭은 P밴드 값이 10℃이므로 개폐상수는 10%/1℃가 되고, 환기창은 50%가 닫히게 된다.

그리고, 대기시간이 5분이라면, 5분 후 변화된 온실 내부 온도를 측정하여 설정온도 간의 제2편차온도를 산출한다. 이때, 내부 온도가 23℃로 증가했다면, 제2편차온도는 2℃이고, 제1편차온도 미만으로 설정온도로 수렴하고 있는 상태이지만 기준편차온도 이상이므로 제1편차온도는 2℃로 재산출되고 다시 대기시간 대기과정으로 순환된다.

그리고, 대기 시간 후 내부 온도가 설정온도로 수렴하는지 여부를 판단하며 내부 온도가 설정온도에 도달할 때까지 순환하게 된다. 순환과정에서 내부 온도가 설정온도로 수렴하지 않는다면 비례적분제어를 통해 환기창을 개방폭을 조절하고 상술된 일련의 과정을 반복하게 된다.

만약, 내부 온도가 25℃라면 설정온도로 수렴하고 있는 상태이고, 기준편차온도에 도달했으므로 순환을 종료하고 온실 내부를 측정하여 설정온도와의 편차가 발생하는 비교하는 단계로 돌아가게 된다.

만약, 비례제어를 통한 개방폭 조절 및 대기시간 경과 후 내부 온도가 20℃라면 설정온도로 수렴하지 않는 상태이므로, 비례적분제어를 통해 환기창의 개방폭을 조절하게 된다.

그리고, 개방폭 조절 후 제1편차온도를 재산출하여 5℃로 설정된 상태에서 대기시간 경과 후 재산출되는 제2편차온도와의 비교를 통해 내부 온도가 설정온도에 도달할 때까지 대기 혹은 개방폭 재조절과정을 반복 수행하게 된다.

한편, 환기창이 100% 닫힌 상태에서 내부 온도가 20℃, 설정온도가 15℃, 외부 온도가 10℃, 풍속이 0m/s, 기준편차온도가 0℃일 때, 제1편차온도는 5℃로 산출된다.

이때, 제1편차온도는 기준편차온도를 초과하므로 비례제어에 의해 환기창의 개방폭이 조절된다. 여기서, 환기창의 개방폭은 P밴드 값이 20℃이므로 개폐상수는 5%/1℃가 되고, 개방폭은 25%로 조절된다.

그리고, 대기시간이 5분이라면, 5분 후 변화된 온실 내부 온도를 측정하여 설정온도 간의 제2편차온도를 산출한다. 이때, 내부 온도가 10 혹은 9℃로 감소했다면, 제2편차온도는 5 내지 6℃이고, 제1편차온도 이상으로 설정온도로 수렴하지 않는 상태이므로 비례적분제어를 통해 환기창의 개방폭을 조절하게 된다.

여기서, 내부 온도가 설정온도에 비해 부족분이 발생했으므로 비례적분제어를 통해 25%가 개방된 환기창을 닫아주는 개폐보정량이 산출된다. 그리고, 개방폭 조절 후 제1편차온도를 재산출하여 5℃로 설정된 상태에서 대기시간 경과 후 재산출되는 제2편차온도와의 비교를 통해 내부 온도가 설정온도에 도달할 때까지 대기 혹은 개방폭 재조절과정을 반복 수행하게 된다.

한편, 환기창이 100% 닫힌 상태에서 내부 온도가 20℃, 설정온도가 15℃, 외부 온도가 10℃, 풍속이 0m/s, 기준편차온도가 0℃일 때, 제1편차온도는 5℃로 산출된다.

이때, 제1편차온도는 기준편차온도를 초과하므로 비례제어에 의해 환기창의 개방폭이 조절된다. 여기서, 환기창의 개방폭은 P밴드 값이 20℃이므로 개폐상수는 5%/1℃가 되고, 개방폭은 25%로 조절된다.

그리고, 대기시간이 5분이라면, 5분 후 변화된 온실 내부 온도를 측정하여 설정온도 간의 제2편차온도를 산출한다. 이때, 내부 온도가 11℃로 감소했다면, 제2편차온도는 4℃이고, 제1편차온도 미만으로 설정온도로 수렴하는 상태이지만, 기준편차온도 이상으로 제1편차온도를 4℃로 재산출하고, 대기시간 경과 후 제2편차온도를 재산출하여 제1편차온도와 비교하는 과정을 통해 내부 온도로 설정온도로 수렴하고 있는지 여부를 판단하게 된다.

이 후, 내부 온도가 설정온도로 수렴하고 있다면 기준편차온도와 비교를 통해 수렴 완료 여부를 판단하게 되고, 내부 온도가 설정온도로 수렴하지 않는다면 비례적분제어를 수행하게 된다.

여기서, 내부 온도가 설정온도에 비해 부족분이 발생했으므로 비례적분제어를 통해 개방된 환기창을 닫아주는 개폐보정량이 산출된다. 그리고, 개방폭 조절 후 제1편차온도를 재산출하고 대기시간 대기 및 제2편차온도 재산출, 수렴 여부 판단 과정을 통해 내부 온도가 설정온도에 도달할 때까지 대기 혹은 개방폭 재조절과정을 반복 수행하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

100: 복합환경 제어시스템 10: 비례적분제어부
20: 검출수단 30: 데이터저장부
40: 전동수단 50: 환기창
70: 온실 71: 프레임
72: 피복재료 80: 콘트롤러

Claims (5)

1. 작물의 성장 환경 데이터에 따라 기설정된 설정온도와 온실의 내부 온도 간의 차이 값으로 산출된 제1편차온도가 기설정된 기준편차온도를 초과하면, 기설정된 비례제어테이블에 대응되는 개폐량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절하는 제1단계;
   상기 온실의 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과되면, 재측정된 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 차이값으로 제2편차온도를 산출하는 제2단계; 및
   상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면, 비례적분제어를 통해 도출된 개폐보정량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭을 조절하는 제3단계를 포함하는 복합환경 제어시스템의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3단계에서 상기 개폐보정량은 상기 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 누적된 편차량을 반영하여 산출됨을 특징으로 하는 복합환경 제어시스템의 제어방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3단계는 기설정된 비례적분제어테이블에서 상기 외부 온도에 대응되는 개폐보정상수를 산출하는 단계와,
   상기 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 편차량을 누적하여 산출한 적분제어값을 산출하는 단계와,
   상기 개폐보정상수 및 상기 적분제어값을 반영한 상기 개폐보정량을 산출하는 단계와,
   상기 산출된 개폐보정량에 따라 상기 환기창의 개방폭을 조절하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 복합환경 제어시스템의 제어방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3단계는 상기 도출된 개폐보정량에 따라 상기 온실의 환기창 개방폭이 조절되면, 재측정된 내부 온도에 따라 상기 제1편차온도를 재산출하는 단계와,
   상기 온실의 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과되면, 재측정된 내부 온도에 따라 상기 제2편차온도를 재산출하는 단계와,
   상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면, 비례적분제어를 통해 상기 개폐보정량을 재도출하여 상기 온실의 환기창 개방폭을 재조절하는 단계를 상기 제2편차온도가 상기 기준편차온도에 도달할 때까지 반복함을 특징으로 하는 복합환경 제어시스템의 제어방법.
5. 내부에 작물이 재배되는 보온공간이 구비되는 온실;
   상기 온실의 내부 온도 및 외부 온도를 검출하는 검출수단;
   상기 온실의 상부 및 측부에 구비되어 전동수단에 의해 선택적으로 개폐되는 복수개의 환기창; 및
   상기 온실의 내부 온도 및 작물의 성장 환경 데이터에 따라 기설정된 설정온도 간의 온도차에 대응하여 산출된 대기시간이 경과하면 재측정된 내부 온도 및 상기 설정온도 간의 차이값으로 제2편차온도를 산출하고, 상기 제2편차온도가 상기 제1편차온도 이상이면 비례적분제어를 통해 상기 경과된 대기시간 동안의 내부 온도 및 상기 설정온도 간 누적된 편차량에 대응되는 개폐보정량을 산출하여 상기 환기창 개방폭을 조절하는 비례적분제어부를 포함하는 복합환경 제어시스템.

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