KR20190032029A - 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치 - Google Patents

최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치는, 혼합 탱크; 상기 혼합 탱크에 원수를 공급하기 위한 원수 공급원; 상기 혼합 탱크에 한 종류 이상의 액비를 공급하기 위한 액비 공급원; 상기 혼합 탱크에 산 용액을 공급하기 위한 산 공급원; 상기 혼합 탱크 내 혼합액의 전기전도도(EC) 및 산도(pH)를 측정하는 센서부; 상기 액비 공급원 및 상기 산 공급원으로부터 상기 혼합 탱크로 연결된 배관에 각각 설치되는 유량 제어 밸브부; 및 상기 혼합 탱크 내 혼합액의 상기 전기전도도 및 상기 산도에 대한 목표치와 상기 센서부에 의해 측정된 측정치의 차이에 따라 상기 유량 제어 밸브부의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율을 제어하는 밸브 제어부를 포함한다.
이에 따라, 운용 환경이 변화하는 경우에도 최적의 양액을 공급할 수 있는 적응형 실시간 양액 공급 장치를 제공할 수 있으며, 궁극적으로 최적의 양액 조성을 위한 시간과 비용을 절감할 수 있다.

Description

최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치{NUTRIENT SUPPLYING APPARATUS FOR CONTROLLED HORTICULTURE BASED ON OPTIMAL VALVE CONTROL MODEL}
본 발명은 시설원예용 스마트 양액 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양액의 성상에 따라 양액 구성 원료의 주입 비율을 PID 제어, 기계학습을 통한 최적제어모델 등을 기초로 제어함으로써 작물의 생육 현황에 적합한 양액을 공급하는 시설원예용 양액 공급 장치에 관한 것이다.
시설원예용 양액 공급 장치는 작물의 생장에 맞춤화된 양액을 공급하기 위하여, 원수에 농축 액비 및 산 용액을 적정하게 혼합하여 작물이 위치한 배지 혹은 토양에 공급한다.
적정량의 농축 액비와 산 용액의 투입량을 조절하기 위해 양액기의 혼합 탱크와 농축 액비 및 산 용액 공급 탱크 사이의 연결 배관에는 솔레노이드 밸브가 설치 운영되고 있다. 솔레노이드 밸브는 전원이 인가되는 시간 동안만 액비 및 산 용액을 양액에 혼합시키기 때문에, 솔레노이드 밸브에 전원을 인가하는 시간을 조절함으로써 작물에 공급하는 양액의 EC와 pH를 조절할 수 있다.
균일한 양액 제조를 위하여 일정한 작동 주기로 솔레노이드 밸브를 가동하며, 개방율 값을 설정하여 밸브의 열림-닫힘 시간을 조정한다. 예를 들어, 작동 주기를 2초, 개방율을 60%로 설정하면, 솔레노이드 밸브는 1.2초 동안은 열림으로, 0.8초 동안은 닫힘에 위치하며, 이와 같은 동작을 정지명령이 내려지기 전까지 반복한다.
종래에는 솔레노이드 밸브의 개방율 제어가 사용자가 설정한 일정한 값에 의해 획일적으로 적용됨으로써 운영 환경적 변화를 반영하지 못하여 최적의 양액을 작물에 제공하고 있지 못하고 있다.
즉, 양액기의 혼합탱크 내부의 EC, pH 등의 변화를 양액 혼합시 실시간으로 반영하지 못하고 있으며, 혼합되는 농축 액비의 농도 및 산 용액의 pH가 변경된 경우에도 솔레노이드 밸브의 개방율을 설정 상태로 일정하게 운영하고 있어 사용자가 원하는 품질의 양액을 제공하지 못하는 경우가 발생하고 있다.
또한, 이러한 양액 조성에 대한 모니터링을 위해 전문 기관에 이를 의뢰하고 이에 대한 피드백을 받아 반영하고 있는 실정이나, 이러한 컨설팅을 받는데 오랜 시간과 비용이 소요되고 있다.
양액 공급 장치의 운용 환경은 다양한 요인에 의해 변화될 수 있지만, 이에 대한 적응형 실시간 솔루션이 마련되어 있지 않아 이에 대한 기술적 보완이 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 운용 환경 요인에 적응적으로 반응하여 최적의 양액을 작물에 공급할 수 있는 양액 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 작물의 생육 상태에 맞춤화된 최적의 EC, pH 등의 양액 조건을 추종하여 양액을 공급하는 스마트 양액 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치에 있어서, 혼합 탱크; 상기 혼합 탱크에 원수를 공급하기 위한 원수 공급원; 상기 혼합 탱크에 한 종류 이상의 액비를 공급하기 위한 액비 공급원; 상기 혼합 탱크에 산 용액을 공급하기 위한 산 공급원; 상기 혼합 탱크 내 혼합액의 전기전도도(EC) 및 산도(pH)를 측정하는 센서부; 상기 액비 공급원 및 상기 산 공급원으로부터 상기 혼합 탱크로 연결된 배관에 각각 설치되는 유량 제어 밸브부; 및 상기 혼합 탱크 내 혼합액의 상기 전기전도도 및 상기 산도에 대한 목표치와 상기 센서부에 의해 측정된 측정치의 차이에 따라 상기 유량 제어 밸브부의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율을 제어하는 밸브 제어부를 포함하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치에 의해서 달성될 수 있다.
그리고, 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치는, 상기 목표치, 상기 측정치, 당해 측정시의 상기 밸브 개방 주기, 및 당해 측정시의 상기 밸브 개방율에 기초하여 기계학습을 통해 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출하기 위한 최적 제어 밸브 모델을 생성하는 밸브 제어 모델부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 밸브 제어 모델부는, 상기 기계학습의 기초가 되는 입력값으로 과거 미리 결정된 시간대의 평균 밸브 개방 주기 및 평균 밸브 개방율과 관수 시작 후 상기 당해 측정시까지의 누적 밸브 개방 주기 및 누적 밸브 개방율을 더 고려하여 상기 최적 제어 밸브 모델을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또, 상기 밸브 제어 모델부는, 상기 혼합 탱크 내 혼합액의 상기 전기전도도 및 상기 산도에 대한 사용자 희망 목표치에 대응하는 데이터가 상기 최적 제어 밸브 모델에 존재하지 않는 경우, 상기 모델의 데이터 중 상기 사용자 희망 목표치에 가장 근접한 상기 전기전도도 및 상기 산도에서 미리 결정된 범위 만큼 증감한 값에 기초하여 기계학습을 통해 상기 최적 제어 밸브 모델을 업데이트하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 밸브 제어 모델부는, 상기 액비 공급원에서 공급되는 상기 액비의 농도 및 상기 산 공급원에서 공급되는 산 용액의 산도(pH) 중 어느 하나가 달라지는 경우, 상기 최적 제어 밸브 모델을 추가 생성하여 복수의 최적 제어 밸브 모델을 구축하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 밸브 제어부는, 상기 액비의 농도 및 상기 산 용액의 산도에 따라 상기 복수의 최적 제어 밸브 모델 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 상기 최적 제어 밸브 모델로부터 상기 목표치, 상기 측정치, 상기 평균 밸브 개방 주기 및 상기 누적 밸브 개방 주기 중 적어도 하나의 밸브 개방 주기, 및 상기 평균 밸브 개방율 및 상기 누적 밸브 개방율 중 적어도 하나의 밸브 개방율에 기초하여 상기 최적 밸브 개방 주기 및 상기 최적 밸브 개방율을 산출하며, 산출된 상기 최적 밸브 개방 주기 및 상기 최적 밸브 개방율에 의해 상기 유량 제어 밸브부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 밸브 제어부는, 상기 유량 제어 밸브부의 상기 밸브 개방 주기 및 상기 밸브 개방율을 비례(Proportional) 제어하고, 상기 혼합 탱크에 공급되는 상기 액비 및 상기 산 용액의 양의 편차가 발생하는 경우 적분(Integral) 제어를 병렬적으로 더 수행하고, 상기 편차가 미리 결정된 범위 이상 발생한 경우 미분(Derivative) 제어를 병렬적으로 더 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
나아가, 상기 밸브 제어부는, 상기 PID 제어에 의해서도 상기 목표치와 상기 측정치의 차이가 미리 결정된 시간 내에 미리 결정된 범위 내로 수렴하지 않는 경우 상기 최적 제어 밸브 모델로부터 상기 최적 밸브 개방 주기 및 상기 최적 밸브 개방율을 산출하며, 산출된 상기 최적 밸브 개방 주기 및 상기 최적 밸브 개방율에 의해 상기 유량 제어 밸브부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치에 의하면, 혼합탱크 내부의 EC, pH, 농축 액비의 농도, 및 산 용액의 pH가 등 운용 환경 요인이 실시간 변화되는 경우에도 최적의 양액을 공급할 수 있으며, 작물의 생육 현황에 적합한 EC, pH 등의 양액 조건을 고려하여 작물의 생육 상태별로 최적의 양액을 공급할 수 있다.
이에 의해, 운용 환경이 변화하는 경우에도 최적의 양액을 공급할 수 있는 적응형 실시간 양액 공급 장치를 제공할 수 있으며, 궁극적으로 최적의 양액 조성을 위한 시간과 비용을 절감할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치의 개략적인 블록 구성도;
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치의 솔레노이드 밸브의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율에 대한 설명도; 및
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치의 밸브 제어 모델부(800)에서 최적 제어 밸브 모델이 생성되는 과정에 대한 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치의 개략적인 블록 구성도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치는 혼합 탱크(100), 원수 공급원(200), 액비 공급원(300), 산 공급원(400), 센서부(500), 유량 제어 밸브부(600), 밸브 제어부(700), 및 밸브 제어 모델부(800)를 포함한다.
혼합 탱크(100)는 시설원예용 양액을 만들기 위하여 원수, 액비, 및 산 용액이 공급되어 혼합되는 탱크이다. 각각의 공급원으로부터 유입된 원수, 액비, 및 산 용액이 혼합 탱크(100)에서 혼합된 후, 혼합된 양액이 펌프(미도시)에 의해서 시설원예 하우스에 공급된다.
원수 공급원(200)은 양액의 주원료인 원수를 혼합 탱크(100)로 공급하기 위한 공급원이다. 여기서, 양액의 주원료인 원수는 지하수, 하천수, 수돗물, 빗물 등의 물이 될 수 있으나, 사용되고 난 폐양액(배액)을 회수하여 살균 처리 등을 하여 물 대신 사용할 수도 있으며, 시설원예에 범용적으로 사용가능 하도록 액비, 산 용액 등이 일정 농도로 희석된 양액이 사용될 수도 있다.
액비 공급원(300)은 시설원예용 양액을 만들기 위하여 원수에 혼합될 농축 액비가 저장된 곳이다. 여기서, 액비는 양액의 원료가 되는 질소(N), 인(P), 칼륨(K) 등의 액체 비료를 의미하며, 액비 공급원(300)은 액비의 종류별로 별도로 마련된 복수의 액비 공급 탱크(미도시)로 구현될 수 있다.
산 공급원(400)은 시설원예용 양액을 만들기 위하여 원수에 혼합될 산 용액이 저장된 곳이다. 여기서, 산 용액은, 예컨대, 질산(HNO3), 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4) 등이 희석된 용액을 의미하는 것으로, 작물의 종류에 따라 다르게 선택될 수 있다.
센서부(500)는 혼합 탱크(100) 내 혼합액의 전기전도도(EC) 및 산도(pH)를 측정하는 것으로, EC 및 pH를 각각 측정하는 별개의 센서로 구현될 수 있다. 센서부(500)에 의해 측정된 혼합액의 EC 및 pH는 밸브 제어부(700)에 의한 솔레노이드 밸브의 제어를 위한 기초 자료로 사용된다.
유량 제어 밸브부(600)는 전술한 액비 공급원(300) 및 산 공급원으로부터 혼합 탱크(100)로 연결된 배관에 설치되어 적정량의 액비 및 산 용액이 공급되도록 한다. 여기서, 유량 제어 밸브부(600)는 액비 공급원(300)으로부터 공급되는 액비 및 산 공급원(400)으로부터 공급되는 산 용액의 양을 개별적으로 제어할 수 있도록 액비 공급원(300) 및 산 공급원으로부터 혼합 탱크(100)로 연결된 배관에 각각 설치되는 복수의 유량 제어 밸브로 구현될 수 있다. 유량 제어 밸브의 대표적 예로써 솔레노이드 밸브가 있는데, 솔레노이드 밸브는 전원이 인가되는 동안 개방되는 밸브로서 그 일반적인 내용에 대해서는 통상의 기술자에게 자명하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
밸브 제어부(700)는 유량 제어 밸브를 제어하는 것으로, 구체적으로는 유량 제어 밸브의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율을 제어한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치의 솔레노이드 밸브(유량제어 밸브의 일 실시예)의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율에 대한 설명도이다.
도2에 도시된 바와 같이, 밸브 제어부(700)는 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율에 따라 솔레노이드 밸브가 개방되는 시간을 제어한다. 도시된 바와 같이, 밸브 개방 주기가 4초이고 밸브 개방율이 25%일 경우, 밸브 제어부(700)는 1초(4초×0.25) 동안 솔레노이드 밸브가 개방되도록 제어한다.
밸브 제어부(700)는 혼합 탱크 내 혼합액의 EC 및 pH에 대한 사용자의 목표치와 센서부(500)에 의해 측정된 측정치의 차이에 따라 솔레노이드 밸브의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율을 제어한다. 즉, 혼합액의 EC 및 pH에 대한 목표치와 측정치의 차이가 클수록 밸브 개방 주기를 짧게 하거나 또는 밸브 개방율을 높여 액비와 산 용액이 보다 원활하게 공급되도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 밸브 제어부(700)는 솔레노이드 밸브의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율을 PID 제어할 수 있다. 밸브 제어부(700)는 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율을 비례(Proportional) 제어하고, 혼합 탱크(100)에 공급되는 액비 및 산 용액의 양의 편차가 발생하는 경우 적분(Integral) 제어를 병렬적으로 더 수행할 수 있다. 또한, 공급되는 액비 및 산 용액의 양의 편차가 일정 범위 이상 발생한 경우에는 미분(Derivative) 제어를 병렬적으로 더 수행하여 편차 발생 초기부터 크게 조작단을 움직여 제어량에 대한 편차를 더 신속하게 수정할 수 있다.
밸브 제어 모델부(800)는 솔레노이드 밸브의 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출하기 위한 최적 제어 밸브 모델을 생성하는 것이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치의 밸브 제어 모델부(800)에 의해 최적 제어 밸브 모델이 생성되는 과정에 대한 설명도이다.
도3에 도시된 바와 같이, 최적 제어 밸브 모델은 인공 신경망 모델로 구현될 수 있다. 여기서, 인공 신경망 모델은 입력층, 은닉층, 및 출력층으로 구성되어 있으며, 입력층을 통해 일정한 값의 입력이 되면 은닉층에서 적절한 연산을 거쳐 출력층에서 새로운 값이 출력된다. 인공 신경망 모델은 이러한 과정을 반복하는 기계 학습을 통해 최적의 값을 산출하게 되며, 여기서 기계 학습(Machine Learning)은 입력 데이터에 기반하여 학습을 통하여 결과값을 예측하는 시스템으로서, 딥러닝(Deep Learning), 뉴로-퍼지 추론 시스템 등을 포함한다. 한편, 인공 신경망 모델에 대한 일반적인 내용은 통상의 기술자에게 자명하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
밸브 제어 모델부(800)는 혼합액의 EC 및 pH에 대한 목표치와 측정치, 당해 측정시의 밸브 개방 주기, 및 당해 측정시의 밸브 개방율을 입력 노드를 통해 입력받아 기계학습을 통해 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출하기 위한 최적 제어 모델을 생성한다(입력 노드가 4개인 경우-미도시).
또, 밸브 제어 모델부(800)는 기계학습의 기초 입력값으로 과거 미리 결정된 시간대의 평균 밸브 개방 주기 및 평균 밸브 개방율과 관수 시작 후 상기 당해 측정시까지의 누적 밸브 개방 주기 및 누적 밸브 개방율을 고려하여 입력 노드를 통해 더 입력받아 기계학습을 통해 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출하기 위한 최적 제어 모델을 생성할 수도 있다(입력 노드 8개인 경우-도3).
한편, 밸브 제어 모델부(800)는 혼합액의 EC 및 pH에 대한 사용자 희망 목표치에 대응하는 데이터가 현재의 최적 제어 밸브 모델(이하, '모델'이라 함)에 존재하지 않는 경우 모델을 업데이트한다. 즉, 밸브 제어 모델부(800)는 사용자 희망 목표치의 EC 및 pH가 현재 모델에 존재하지 않는 경우, 모델에 저장된 데이터 중 사용자 희망 목표치에 가장 근접한 EC 및 pH를 선택하고, 그 선택된 EC 및 pH에서 미리 결정된 범위 만큼 증감한 값에 기초하여 기계학습을 통해 모델을 업데이트 할 수 있다. 여기서, 미리 결정된 범위 만큼 증감하는 것은 선택된 EC 및 pH가 사용자 희망 목표치가 아니라 근접한 근사값이기 때문에 일정 범위 만큼 증감한 값에 기초하여 반복적인 기계학습을 하는 경우 보다 효과적으로(신속하게) 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출할 수 있기 때문이며, 미리 결정된 범위는 사용자가 사전에 설정해 둘 수 있다.
밸브 제어 모델부(800)는 공급되는 액비의 농도 또는 산 용액의 산도(pH)가 달라지는 경우 모델을 추가적으로 생성한다. 전술한 모델은 공급되는 액비의 농도 및 산 용액의 pH가 일정하여 밸브 제어만으로 공급되는 양액의 EC 및 pH를 조절할 수 있다는 사실에 전제하고 있다. 따라서, 밸브 제어 모델부(800)는 공급되는 액비의 농도 또는 산 용액의 pH가 달라지는 경우, 일정시간이 경과하여 그 달라진 액비의 농도 및 산 용액의 pH가 측정부(500)의 측정에 의해 당해 측정시의 밸브 개방 주기 및 당해 측정시의 밸브 개방율에 반영되기 전까지는 기존의 모델을 적용할 수 없으므로, 모델을 추가 생성하여 복수의 최적 제어 밸브 모델을 구축한다. 즉, 공급되는 액비의 농도 또는 산 용액의 pH가 달라져서 현재 보유 중인 모델로부터 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출할 수 없는 경우, 밸브 제어 모델부(800)는 혼합액의 EC 및 pH에 대한 새로운 목표치와 새로운 측정치에 기초하여 반복적인 기계학습을 통해 새로운 모델을 추가적으로 생성함으로써 복수의 최적 제어 모델을 구축할 수 있다.
한편, 밸브 제어부(700)는 전술한 바와 같이 유량 제어 밸브(예컨대, 솔레노이드 밸브)의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율을 제어한다.
나아가, 밸브 제어부(700)는 액비 농도 및 산 용액의 pH에 따라 복수의 모델 중에서 적합한 모델을 선택하고, 선택된 모델로부터 혼합액의 EC 및 pH에 대한 목표치 및 측정치, 밸브 개방 주기, 및 밸브 개방율에 기초하여 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출할 수 있고, 산출된 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율에 의해 솔레노이드 밸브를 제어한다.
여기서, 밸브 개방 주기는 미리 결정된 과거 특정 시간대의 '평균' 밸브 개방 주기 또는 관수 시작 후 당해 측정시까지의 '누적' 밸브 개방 주기가 될 수 있고, 밸브 개방율은 '평균' 밸브 개방율 또는 '누적' 밸브 개방 주기가 될 수 있다. 여기서, '평균' 밸브 개방 주기 또는 '평균' 밸브 개방율에서 '평균'의 의미는 관수 시작 후 당해 측정시 전 과거 특정 시간대(예컨대, 관수 시작 후 10초 동안)의 평균을 의미하고, 모델의 기초 입력값으로 '평균'값 또는 '누적'값을 이용하면 당해 측정시의 값을 이용하는 것 보다 안정적인 관수를 위한 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출할 수 있다.
밸브 제어부(700)는 전술한 솔레노이드 밸브에 대한 PID 제어에 의해서도 혼합액의 EC 및 pH에 대한 목표치와 측정치의 차이가 일정 범위를 넘는 경우 최적 제어 밸브 모델을 적용하여 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출할 수도 있다. 즉, PID 제어에 의해서도 혼합액의 EC 및 pH에 대한 사용자 목표치와 센서부(500)에 의해 측정된 측정치의 차이가 커서 미리 결정된 일정 시간 내에 미리 결정된 일정 범위 내로 수렴하지 않는 경우(또는 목표치의 EC 및 pH에 도달하기까지 일정 시간이 초과 소요되는 경우), 밸브 제어부(700)는 최적 제어 밸브 모델로부터 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출할 수 있고, 산출된 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율에 따라 솔레노이드 밸브를 제어한다.
전술한 바와 같이, 밸브 제어부(700)는 액비 농도 및 산 용액의 pH에 따라 복수의 모델 중에서 적합한 모델을 선택하므로, 작물의 생육 상태별로 필요한 액비의 농도 및 산 용액의 pH에 대응하는 모델을 선택하여 선택된 모델로부터 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출하여 솔레노이드 밸브를 제어함으로써 작물의 생육 상태에 맞춤화된 최적의 EC, pH 등의 양액 조건을 충족하는 양액을 제공할 수 있게 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 양액 인산이온 농도 측정 시스템 및 양액 인산이온 농도 측정 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
100: 혼합 탱크 200: 원수 공급원
300: 액비 공급원 400: 산 공급원
500: 센서부 600: 유량 제어 밸브부
700: 밸브 제어부 800: 밸브 제어 모델부

Claims (8)

  1. 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치에 있어서,
    혼합 탱크;
    상기 혼합 탱크에 원수를 공급하기 위한 원수 공급원;
    상기 혼합 탱크에 한 종류 이상의 액비를 공급하기 위한 액비 공급원;
    상기 혼합 탱크에 산 용액을 공급하기 위한 산 공급원;
    상기 혼합 탱크 내 혼합액의 전기전도도(EC) 및 산도(pH)를 측정하는 센서부;
    상기 액비 공급원 및 상기 산 공급원으로부터 상기 혼합 탱크로 연결된 배관에 각각 설치되는 유량 제어 밸브부; 및
    상기 혼합 탱크 내 혼합액의 상기 전기전도도 및 상기 산도에 대한 목표치와 상기 센서부에 의해 측정된 측정치의 차이에 따라 상기 유량 제어 밸브부의 밸브 개방 주기 및 밸브 개방율을 제어하는 밸브 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 목표치, 상기 측정치, 당해 측정시의 상기 밸브 개방 주기, 및 당해 측정시의 상기 밸브 개방율에 기초하여 기계학습을 통해 최적 밸브 개방 주기 및 최적 밸브 개방율을 산출하기 위한 최적 제어 밸브 모델을 생성하는 밸브 제어 모델부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밸브 제어 모델부는, 상기 기계학습의 기초가 되는 입력값으로 과거 미리 결정된 시간대의 평균 밸브 개방 주기 및 평균 밸브 개방율과 관수 시작 후 상기 당해 측정시까지의 누적 밸브 개방 주기 및 누적 밸브 개방율을 더 고려하여 상기 최적 제어 밸브 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 밸브 제어 모델부는, 상기 혼합 탱크 내 혼합액의 상기 전기전도도 및 상기 산도에 대한 사용자 희망 목표치에 대응하는 데이터가 상기 최적 제어 밸브 모델에 존재하지 않는 경우, 상기 모델의 데이터 중 상기 사용자 희망 목표치에 가장 근접한 상기 전기전도도 및 상기 산도에서 미리 결정된 범위 만큼 증감한 값에 기초하여 기계학습을 통해 상기 최적 제어 밸브 모델을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 밸브 제어 모델부는, 상기 액비 공급원에서 공급되는 상기 액비의 농도 및 상기 산 공급원에서 공급되는 산 용액의 산도(pH) 중 어느 하나가 달라지는 경우, 상기 최적 제어 밸브 모델을 추가 생성하여 복수의 최적 제어 밸브 모델을 구축하는 것을 특징으로 하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는, 상기 액비의 농도 및 상기 산 용액의 산도에 따라 상기 복수의 최적 제어 밸브 모델 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 상기 최적 제어 밸브 모델로부터 상기 목표치, 상기 측정치, 상기 평균 밸브 개방 주기 및 상기 누적 밸브 개방 주기 중 적어도 하나의 밸브 개방 주기, 및 상기 평균 밸브 개방율 및 상기 누적 밸브 개방율 중 적어도 하나의 밸브 개방율에 기초하여 상기 최적 밸브 개방 주기 및 상기 최적 밸브 개방율을 산출하며, 산출된 상기 최적 밸브 개방 주기 및 상기 최적 밸브 개방율에 의해 상기 유량 제어 밸브부를 제어하는 것을 특징으로 하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는, 상기 유량 제어 밸브부의 상기 밸브 개방 주기 및 상기 밸브 개방율을 비례(Proportional) 제어하고, 상기 혼합 탱크에 공급되는 상기 액비 및 상기 산 용액의 양의 편차가 발생하는 경우 적분(Integral) 제어를 병렬적으로 더 수행하고, 상기 편차가 미리 결정된 범위 이상 발생한 경우 미분(Derivative) 제어를 병렬적으로 더 수행하는 것을 특징으로 하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는, 상기 PID 제어에 의해서도 상기 목표치와 상기 측정치의 차이가 미리 결정된 시간 내에 미리 결정된 범위 내로 수렴하지 않는 경우 상기 최적 제어 밸브 모델로부터 상기 최적 밸브 개방 주기 및 상기 최적 밸브 개방율을 산출하며, 산출된 상기 최적 밸브 개방 주기 및 상기 최적 밸브 개방율에 의해 상기 유량 제어 밸브부를 제어하는 것을 특징으로 하는 최적밸브제어모델 기반의 시설 원예용 스마트 양액 공급 장치.
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