본 연구는 식물공장용 체인컨베이어식 조간조절장치를 개발하기 위해 수행하였다. 개발 시스템을 재배작물에 실제로 적용하기 위해 평가 시험하였다. 실험결과, 식물공장에서 수경재배되는 채소의 주간을 조절하는 기술을 제공하였다 작물조간조절단계는 매주 수확하는 것으로 하여 4단으로 설정하였고, 단계별 이송속도는 각각 6.4, 9.6, 12.3, 15.8$cm{\cdot}s^{-1}$이었고, 조간조절량은 각각 101.6, 152.4, 203.2, 254.0mm로 나타났다. 1단계에서 4단계로 작물이 이송되는 동안 작물과 재배 홈통의 무게가 17N에서 935N으로 증가함에 따라 구동축토오크도 $11.7\~33.3N{\cdot}m$범위에서 증가하여 이론토크 값보다 $5.9\~9.8N{\cdot}m$ 더 소요되었으며, 이때의 진행 저하율은 $1.6\~2.1\%$이었다. 재배홈통의 이동소요 시간의 설계 값이 2.26초이고 실측값이 2.24초로 잘 일치한 것으로 나타났다. 조간조절장치는 조간조절량이 설계된 값의 $5%$이내 범주에서 잘 조절되고, 시스템으로도 안정적으로 나타나 식물공장용 조간조절장치로 체인컨베이어식 조간조절장치가 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.
본 연구는 식물공장용 체인컨베이어식 조간조절장치를 개발하기 위해 수행하였다. 개발 시스템을 재배작물에 실제로 적용하기 위해 평가 시험하였다. 실험결과, 식물공장에서 수경재배되는 채소의 주간을 조절하는 기술을 제공하였다 작물조간조절단계는 매주 수확하는 것으로 하여 4단으로 설정하였고, 단계별 이송속도는 각각 6.4, 9.6, 12.3, 15.8$cm{\cdot}s^{-1}$이었고, 조간조절량은 각각 101.6, 152.4, 203.2, 254.0mm로 나타났다. 1단계에서 4단계로 작물이 이송되는 동안 작물과 재배 홈통의 무게가 17N에서 935N으로 증가함에 따라 구동축토오크도 $11.7\~33.3N{\cdot}m$범위에서 증가하여 이론토크 값보다 $5.9\~9.8N{\cdot}m$ 더 소요되었으며, 이때의 진행 저하율은 $1.6\~2.1\%$이었다. 재배홈통의 이동소요 시간의 설계 값이 2.26초이고 실측값이 2.24초로 잘 일치한 것으로 나타났다. 조간조절장치는 조간조절량이 설계된 값의 $5%$이내 범주에서 잘 조절되고, 시스템으로도 안정적으로 나타나 식물공장용 조간조절장치로 체인컨베이어식 조간조절장치가 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.
This study was conducted to develop a chain conveyor-type, row-spacing system for a plant factory. The developed system was evaluated for its practical use in growing plants. Results are intended to provide technical suggestions on the row spacing for hydroponically grown vegetables in a plant facto...
This study was conducted to develop a chain conveyor-type, row-spacing system for a plant factory. The developed system was evaluated for its practical use in growing plants. Results are intended to provide technical suggestions on the row spacing for hydroponically grown vegetables in a plant factory. The designed row-spacing system for a plant factory could be adjusted by four stages with a conveying speed range of $5.3\~15.8cm{\cdot}s^{-1}$ and with a row-space range of 10-25cm. The torque of driving shaft was measured with a torque range of 11.7-33.3 N$\cdot$m according as a trough weight changes with a range of $17\~935$ N. A measured value was $5.9\~9.8\;N{\cdot}m$ lower than a theoretical value. Travel reduction rate was shown up $1.6\~1.9\%$. The conveying time of trough was shown up 2.24 seconds in case that the designed value was 2.26 seconds. The system was evaluated to be functioning effectively according to the initial design factors in the test.
This study was conducted to develop a chain conveyor-type, row-spacing system for a plant factory. The developed system was evaluated for its practical use in growing plants. Results are intended to provide technical suggestions on the row spacing for hydroponically grown vegetables in a plant factory. The designed row-spacing system for a plant factory could be adjusted by four stages with a conveying speed range of $5.3\~15.8cm{\cdot}s^{-1}$ and with a row-space range of 10-25cm. The torque of driving shaft was measured with a torque range of 11.7-33.3 N$\cdot$m according as a trough weight changes with a range of $17\~935$ N. A measured value was $5.9\~9.8\;N{\cdot}m$ lower than a theoretical value. Travel reduction rate was shown up $1.6\~1.9\%$. The conveying time of trough was shown up 2.24 seconds in case that the designed value was 2.26 seconds. The system was evaluated to be functioning effectively according to the initial design factors in the test.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 외국에서 연구된 조간 조절장 치와 달리 구조가 간단하고 쉽게 제작이 가능한 체인 컨베이어식 작물조간조절 시스템을 개발하였으며, 조간조절장치를 설계제작한 후 그 성능을 평가하였다.
제안 방법
4와 같이 각 측정점의 릴레이에 오실로스코프의 단자를 접속하여 실시간의 작동 상태의 전압 변동을 검출하였다. Fig. 5와 같이 조간 조절장치를 구동시키는 데 소요되는 토크는 조간조절장치에 토크 측정장치를 부착하고 부 하하중을 증대시켜가면서 축토오크를 실시간에 실측하고 산정된 토크값과 비교 검토하였다. 이 론토크 산정식은 식(1)과 같다.
이 식에 재배기간을 대입하면 엽상추의 하루 성장량이 구해진다. Fig. 6에서 보는 바와 같이 정식 일부터 수확까지의 작물 성장 정도를 나타내고 있으며, 성장단계는 정식과 수확 계획에 의해 결정되므로 매주 수확하는 것으로 계획하여 정식 후 14일, 21일, 28일, 35일마다 주간을 조절할 수 있도록 4단계로 설정하였다.
시험은 조간조절장치에 재배 홈통이 투입되고 반출되는 동안 재배 홈통의 간격이 조절되는 것을 단계마다 재배 홈통 중심 간의 간격을 10회 반복 측정하고 평균하여 조간조절성을 검토하였다.
작물조간 조절량은 Table 2에서 보는 바와 같이 엽상추의 평균 작물 점유폭이 고려되어 단계별로 각각 101.6 mm, 152.4 mm, 203.2 mm, 250.0 mm로 설정하였다. 작물조간 조절장치의 각 단계별 재배 홈통은 60 mm 폭의 재배 홈통을 10개로 하고, 조간조절장치에 사용된 체인은 40번으로 피치가 12.
0 mm로 설정하였다. 작물조간 조절장치의 각 단계별 재배 홈통은 60 mm 폭의 재배 홈통을 10개로 하고, 조간조절장치에 사용된 체인은 40번으로 피치가 12.7 mm인 점을 고려하여 조간을 조정하였다. 조간조절부 축간 거리는 19 cm로 하였다.
조간 조절장치는 광센서, 릴레이, 전자 클러치의 조합에 의해 시퀀스 제어 되도록 회로를 구성하였으며, 그 구성은 광센서와 릴레이를 출발점과 종착점에 각각 1개씩 설치하고, 전자 클러치와 전자 클러치에 전원을 공급하는 전원 공급장치 (LN75-24)로 구성 제작되었다. 조간조절장치의 제어 흐름도는 Fig.
조간 조절장치의 성능 평가를 위하여 시작점의 광센서, 전자 클러치, 및 종착점의 광센서의 릴레이에 Fig. 4와 같이 각 측정점의 릴레이에 오실로스코프의 단자를 접속하여 실시간의 작동 상태의 전압 변동을 검출하였다. Fig.
4에서 보는 바와 같이 투입되고 반출되는 재배 홈통을 감지하는 광센서와 전자 클러치의 릴레이 단자에 오실로스코프의 단자를 연결하여 조간조절장치의 작동 성능을 평가하였으며, 구동축에 토크미터를 설치하여 조간조절장치에 소요되는 구동축토크를 측정하였다. 조간 조절장치의 성능을 평가하기 위하여 조간조절장치의 각 단계별 이송 속도, 재식 홈통의 투입 반출 감지 센서, 전자 클러치의 작동 특성, 조간조절성 등을 측정하였다. 조간조절장치 에서 12개의 재배 홈통이 각 단계별로 출발점에서 종착점으로 이송되는 동안 각 단계마다 소요되는 시간을 측정하여 이송 속도를 산출하고 설계 속도와 비교하였다.
조간 조절장치의 작동 성능 평가를 하기 위하여 Fig. 4에서 보는 바와 같이 투입되고 반출되는 재배 홈통을 감지하는 광센서와 전자 클러치의 릴레이 단자에 오실로스코프의 단자를 연결하여 조간조절장치의 작동 성능을 평가하였으며, 구동축에 토크미터를 설치하여 조간조절장치에 소요되는 구동축토크를 측정하였다. 조간 조절장치의 성능을 평가하기 위하여 조간조절장치의 각 단계별 이송 속도, 재식 홈통의 투입 반출 감지 센서, 전자 클러치의 작동 특성, 조간조절성 등을 측정하였다.
조간 조절장치의 조간조절 단계와 조간을 설정하기 위하여 농가에서 재배하고 있는 엽상추의 점유폭 등을 정식 후 14일, 21일, 28일, 35일에 조사하였다.
조간 조절장치의 성능을 평가하기 위하여 조간조절장치의 각 단계별 이송 속도, 재식 홈통의 투입 반출 감지 센서, 전자 클러치의 작동 특성, 조간조절성 등을 측정하였다. 조간조절장치 에서 12개의 재배 홈통이 각 단계별로 출발점에서 종착점으로 이송되는 동안 각 단계마다 소요되는 시간을 측정하여 이송 속도를 산출하고 설계 속도와 비교하였다.
성능/효과
3 N . n까지 직선적으로 증가하는 경향을 나타내어 조간조절 설계시에 조간조절장치의 구동축토크를 10% 정도 부가하여야 할 것으로 판단되었다.
반출측 센서가 반출되는 재배홈통을 감지하면 마그네틱 브레 이크가 작동하여 조간조절장치는 멈추게 되며 동시에 투입 측 센서에 5 V의 전압이 인가된다. 재배 홈통이 센서를 통과하는 시간은 설계값이 2.26초이며, 실측값이 2.24초로 거의 일치하는 결과를 얻어 제어가 잘 되는 것으로 평가되었다.
7에 나타내었다. 축에 가해지는 토크는 조간조절장치에 17 N-935 N의 범위에서 작물이 심어진 재배 홈통을 적재하여 가면서 토크미터로 실측한 결과, 작물조간 조절장 치에 소요되는 축토크는 무부하시 10.8 N・m이었으며, 부가하중이 17N에서 935 N까지 증가함에 따라 11.7 N . m에서 33.
참고문헌 (7)
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Tadashi Takaura. 1996. State-of-the-art factory-style plant production systems. In: Practical plant factories toward the 21st century. Korea: Korean Society for Bio-Environment Control. p.3-10
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Van Henten, E. J. and G. Van Straten. 1994. Sensitivity analysis of dynamic growth model of lettuce. J. Agric. Engng. Res. 59: 19-31
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