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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 모돈의 가축복지 향상을 위한 그룹관리형 돈사에서 사용 가능하고, 우리나라 양돈 농가 현실에 맞는 소형의 RFID 이용 전자식 모돈 개체별 액상급이장치를 제작하였다. 아울러, 임신돈과 함께 분만돈도 동시에 급이할 수 있도록 시스템을 구성하여 성능시험을 수행하였다.
- 모돈용 배합사료의 주성분은 옥수수(약 50%), 대두(약30%)와 미량의 원소들로 이루어져 있다. 따라서, 액상 배합시 사료가 가라앉거나 몰리는 현상 등의 문제점을 검토하고 사료가 물에 녹는지를 알아보기 위하여 입도를 조사하였다. 입도조사는 체를 이용하여 크기별로 분류하였다.
- 또한 액상사료는 위생의 문제가 매우 중요하며, 특히 더운 여름날 쉽게 상할 수가 있다. 따라서, 이에 대한 대비가 필요하므로 배합된 액상사료의 세척주기를 결정하기 위하여 배합후의 pH변화를 조사하였다. pH의 조사는 그림 7과 같이 pH미터(하나전자, HA8314)를 이용하여 측정하였다.
- 본 연구에서는 임신/포유모돈 겸용 액상급이 시스템을 고안하였는데, 그룹관리용 급이기에 액상사료 제조기를 부착하여 임신 및 분만돈에 액상사료를 급이 할 수 있도록 하였다(그림 12). 본 시스템은 RFID를 이용하여 모돈을 개체별로 액상급이 할 수 있는 가축복지형 모돈 그룹관리용 급이기로 이용할 수 있으며, 동시에 분만돈에 액상사료를 개체가 원하는 양만큼 급이하여 분만돈의 산유능력 향상을 기하도록 하였다. 특징을 요약하면, 가축복지형 그룹관리용 모돈사의 모돈을 RFID 이용하여 개체식별하고, 분만사의 분만돈의 스위치에 의한 개체별 급이 요청정보를 이용하여 적정량을 급이 할 수 있도록 하는 것이다.
- 본 연구에서는 이러한 개체별 급이작업을 웹/모바일 기반으로 제어할 수 있는 시스템과 프로그램을 제작하였다. 제어시스템에서는 교반기와 공급펌프 및 급이용 공압식 솔레노이드밸브 등의 엑츄에이터를 작동시키고 모돈 개체별 RFID, 관로 내의 pH, 모돈 체중, 모돈 체온 등의 데이터를 획득하도록 구성하였다.
제안 방법
- 1차 요인시험에서 나타난 결과를 바탕으로 액상배합 및 공급에 적합한 로터식 모노플렉스 펌프를 이용한 2차 액상공급 요인 시험장치 제작과 시험을 실시하였다(그림 11). 장치의 구성은 배합사료 공급을 위한 스테핑 모터, 액상교반을 위한 AC모터형 교반장치, 액상사료 공급을 위한 모터 구동 로터식 모노플렉스펌프, 배합된 액상사료를 일정량 급이 할 수 있는 공압식 볼밸브로 구성하였다.
- RFID 종류별 인식거리별 인식률 조사 결과를 표 4에 나타내었는데, 인식거리는 A가 가장 길고 인식률도 우수한 것으로 나타났으며, 사용 주파수가 135 kHz로서 국제 동물용 개체인식 표준을 준수하고 있어 동 제품을 본 시스템에 적용하였다.
- 따라서, 이에 대한 대비가 필요하므로 배합된 액상사료의 세척주기를 결정하기 위하여 배합후의 pH변화를 조사하였다. pH의 조사는 그림 7과 같이 pH미터(하나전자, HA8314)를 이용하여 측정하였다.
- 개발된 시작기의 성능시험을 위하여 충남 예산에 위치한 G농장의 그룹관리형 임신사와 분만사에 개발 시스템을 설치하여 현장에서 성능시험을 실시하였다. 성능시험은 그룹관리되고 있는 임신돈과 분만사에서 자돈을 포유중인 분만돈에 대하여 실시하였으며, 임신돈 1두 급이시의 소요시간과 액상사료의 균일도 및 분만돈의 액상급이에 대해 조사하였다.
- 3%로 나타났다. 그룹관리하는 임신돈의 전자식 개체별 급이시는 허실을 최대한 줄이기 위하여 1회 급이량을 가능한 적게 하는 것이 좋으므로 실제 시험시의 밸브 열림 시간은 2초로 조정하였다.
- 모돈용 배합사료와 물을 배합한 액상사료를 이용하여 배합상태와 pH 및 악취 변화를 관찰하였다. 배합사료와 물의 비율을 1:1로 한 경우 유체로서의 유동성이 없었고(그림 15), 문헌에 나타난 바와 같이(Bebb, 1990)최소 1:2의 수준이 되어야 유동이 가능한 것으로 판단되었다(그림 16).
- 본 연구에서 개발된 시작기를 이용하여 그림 21과 같이 현장에서 성능시험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 모돈의 가축복지 향상을 위한 그룹관리형 돈사에서 사용 가능하고, 우리나라 양돈 농가 현실에 맞도록 소형의 RFID 이용 전자식 모돈 개체별 액상급이장치를 제작하였고 아울러 분만돈도 동시에 급이할 수 있도록 시스템을 구성하여 성능시험을 수행하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 임신/포유모돈 겸용 액상급이 시스템을 고안하였는데, 그룹관리용 급이기에 액상사료 제조기를 부착하여 임신 및 분만돈에 액상사료를 급이 할 수 있도록 하였다(그림 12). 본 시스템은 RFID를 이용하여 모돈을 개체별로 액상급이 할 수 있는 가축복지형 모돈 그룹관리용 급이기로 이용할 수 있으며, 동시에 분만돈에 액상사료를 개체가 원하는 양만큼 급이하여 분만돈의 산유능력 향상을 기하도록 하였다.
- 개발된 시작기의 성능시험을 위하여 충남 예산에 위치한 G농장의 그룹관리형 임신사와 분만사에 개발 시스템을 설치하여 현장에서 성능시험을 실시하였다. 성능시험은 그룹관리되고 있는 임신돈과 분만사에서 자돈을 포유중인 분만돈에 대하여 실시하였으며, 임신돈 1두 급이시의 소요시간과 액상사료의 균일도 및 분만돈의 액상급이에 대해 조사하였다. 아울러, 임신돈의 체온과 체중, 액상사료의 pH 등도 함께 관찰하였다.
- 1차 요인시험 장치는 그림 8과 같이 구성하였고, 그림 9와 같이 제어장치를 구성하여 시험하였다. 시험시 교반장치는 프로펠러식과 페달식을, 공급펌프로는 공압식 다이아프램 펌프와 모터구동식 원심펌프를 사용하여 결과를 비교하였다(그림 10).
- 따라서, 본 연구에서는 모돈의 가축복지 향상을 위한 그룹관리형 돈사에서 사용 가능하고, 우리나라 양돈 농가 현실에 맞는 소형의 RFID 이용 전자식 모돈 개체별 액상급이장치를 제작하였다. 아울러, 임신돈과 함께 분만돈도 동시에 급이할 수 있도록 시스템을 구성하여 성능시험을 수행하였다.
- 성능시험은 그룹관리되고 있는 임신돈과 분만사에서 자돈을 포유중인 분만돈에 대하여 실시하였으며, 임신돈 1두 급이시의 소요시간과 액상사료의 균일도 및 분만돈의 액상급이에 대해 조사하였다. 아울러, 임신돈의 체온과 체중, 액상사료의 pH 등도 함께 관찰하였다.
- 이에 따라 2단 패들식 교반기와 로터식 모노플렉스 펌프를 이용한 액상급이 요인시험을 다시 실시하였으며, 배합사료와 물을 각각 1:2의 비율로 배합하고, 액상급이 가능성과 액상 배합 성능을 살펴보았다. 액상 배합성능은 배합된 액상사료의 고형분과 액상분의 비율에 따른 배합 변동계수로 측정하였다. 표 5에 교반 속도별 액상배합의 균일도를 나타내었다.
- 요인시험 방법은 배합사료와 물을 각각 1:2 및 1:3의 비율로 배합하였고, 교반장치 및 펌프 종류별 액상급이 가능성과 액상 배합정도를 살펴보았다. 액상 배합정도는 고형분과 액상분의 비율에 따른 배합 변동계수로 측정하였다.
- 액상급이 요인시험을 실시하기 위하여 요인시험장치를 제작하였다. 1차 요인시험 장치는 그림 8과 같이 구성하였고, 그림 9와 같이 제어장치를 구성하여 시험하였다.
- 액상급이시스템의 구성은 물과 배합사료 또는 사일리지 등의 부산물로 구성된 액상사료를 배합 · 급이할 수 있도록 하였다.
- 액상급이시스템의 구성은 물과 배합사료 또는 사일리지 등의 부산물로 구성된 액상사료를 배합 · 급이할 수 있도록 하였다. 액상배합을 위하여 사료보관통에서 일정량의 사료를 배합통으로 자동으로 공급할 수 있도록 하였는데, 이 때 공압실린더에 의한 절환장치를 배치하여 배합사료를 급이통으로 직접 투입할 수 있도록 하였다. 액상교반장치는 요인 시험을 통해 검토된 사항들을 고려하여 2개의 교반패들을 상하로 배치하여 교반시키고, 배합통 하부에 짧은 원통형의 홈을 설치하고 측면 출구에 급이펌프를 설치하여 잔량을 최소화하였다.
- 이는 실험실에서의 배관과 현장에서의 배관 등의 환경 변화에 따른 것으로 판단되었으며, 모돈이 900 g의 액상사료를 섭취하는 데에 걸린 소요시간은 65 초로 조사되었다. 액상사료 900 g내의 배합사료는 300 g이므로, 농장 측의 급이량에 맞추어 모돈 1두당 1회당 900 g씩 총 9회를 급이하여 액상사료 8.1 kg(배합사료 총 급이량 2.7 kg)을 급이한 후 퇴장을 하였다.
- 액상교반장치는 요인 시험을 통해 검토된 사항들을 고려하여 2개의 교반패들을 상하로 배치하여 교반시키고, 배합통 하부에 짧은 원통형의 홈을 설치하고 측면 출구에 급이펌프를 설치하여 잔량을 최소화하였다. 액상사료의 배합과 급이의 효율성을 높이기 위해 액상배합용 교반장치-모노플렉스식 액상공급 펌프-액상사료 급이용 공압식 볼밸브를 연결하여 회로를 구성하였으며, 급이 제어 흐름은 그림 13와 같다.
- 장치의 구성은 배합사료 공급을 위한 스테핑 모터, 액상교반을 위한 AC모터형 교반장치, 액상사료 공급을 위한 모터 구동 로터식 모노플렉스펌프, 배합된 액상사료를 일정량 급이 할 수 있는 공압식 볼밸브로 구성하였다. 요인시험 방법은 배합사료와 물을 각각 1:2 및 1:3의 비율로 배합하였고, 교반장치 및 펌프 종류별 액상급이 가능성과 액상 배합정도를 살펴보았다. 액상 배합정도는 고형분과 액상분의 비율에 따른 배합 변동계수로 측정하였다.
- 제어시스템에서는 교반기와 공급펌프 및 급이용 공압식 솔레노이드밸브 등의 엑츄에이터를 작동시키고 모돈 개체별 RFID, 관로 내의 pH, 모돈 체중, 모돈 체온 등의 데이터를 획득하도록 구성하였다. 이 때, 모돈 체중을 측정하기 위하여 4개의 로드셀로 구성된 체중계를 제작하여 급이기 하단에 설치하였으며, 체온센서로는적외선 체온계를 사용하였으며, 주요 품목의 규격을 표 3에 나타내었다.
- 원심식 펌프는 전반적으로 막힘 발생이 없었으나 액상 배합장치와의 위치가 불리한 경우 간헐적으로 막힘이 발생하거나 배출이 적은 경우가 발생하여 사용이 어려운 것으로 판단되었다. 이에 따라 2단 패들식 교반기와 로터식 모노플렉스 펌프를 이용한 액상급이 요인시험을 다시 실시하였으며, 배합사료와 물을 각각 1:2의 비율로 배합하고, 액상급이 가능성과 액상 배합 성능을 살펴보았다. 액상 배합성능은 배합된 액상사료의 고형분과 액상분의 비율에 따른 배합 변동계수로 측정하였다.
- 이와 같은 배경을 바탕으로, 표 1과 같은 국내산 및 수입산 RFID 태그(Ear tag) 및 리더기를 구입하여 그림 5와 같이 안테나로부터의 거리별로 인식률을 측정하였다(그림 6). 모돈 개체별 급이를 위한 RF 태그와 리더기의 인식거리는 너무 짧으면, 인식불량이 발생하고, 너무 길면 다른 모돈의 태그가 인식되는 경우가 발생한다.
- 따라서, 액상 배합시 사료가 가라앉거나 몰리는 현상 등의 문제점을 검토하고 사료가 물에 녹는지를 알아보기 위하여 입도를 조사하였다. 입도조사는 체를 이용하여 크기별로 분류하였다. 조사결과, 모돈사료의 주성분은 옥수수(약 50%), 대두(약30%)와 미량의 원소들로 이루어져 있으며 최대크기는 직경이 5 mm(옥수수) 미만이며, 물에 거의 녹지 않는 것으로 나타났다(표 2).
- 1차 요인시험에서 나타난 결과를 바탕으로 액상배합 및 공급에 적합한 로터식 모노플렉스 펌프를 이용한 2차 액상공급 요인 시험장치 제작과 시험을 실시하였다(그림 11). 장치의 구성은 배합사료 공급을 위한 스테핑 모터, 액상교반을 위한 AC모터형 교반장치, 액상사료 공급을 위한 모터 구동 로터식 모노플렉스펌프, 배합된 액상사료를 일정량 급이 할 수 있는 공압식 볼밸브로 구성하였다. 요인시험 방법은 배합사료와 물을 각각 1:2 및 1:3의 비율로 배합하였고, 교반장치 및 펌프 종류별 액상급이 가능성과 액상 배합정도를 살펴보았다.
- 본 연구에서는 이러한 개체별 급이작업을 웹/모바일 기반으로 제어할 수 있는 시스템과 프로그램을 제작하였다. 제어 시스템은 급이관련 기기들을 하나의 마이크로콘트롤러(ATxMega 128)로 제어하도록 하였으며, 여타 기기들은 RS232 또는 RS485 통신을 이용하여 제어하거나 데이터 수집토록 하였다. 제작된 제어 시스템을 그림 19에 나타내었다.
- 본 연구에서는 이러한 개체별 급이작업을 웹/모바일 기반으로 제어할 수 있는 시스템과 프로그램을 제작하였다. 제어시스템에서는 교반기와 공급펌프 및 급이용 공압식 솔레노이드밸브 등의 엑츄에이터를 작동시키고 모돈 개체별 RFID, 관로 내의 pH, 모돈 체중, 모돈 체온 등의 데이터를 획득하도록 구성하였다. 이 때, 모돈 체중을 측정하기 위하여 4개의 로드셀로 구성된 체중계를 제작하여 급이기 하단에 설치하였으며, 체온센서로는적외선 체온계를 사용하였으며, 주요 품목의 규격을 표 3에 나타내었다.
- 한편, 적정량 급이를 위하여 급이밸브 열림 시간에 따른 급이량을 조사하였다. 시험결과를 표 6에 나타내었는데, 1.
대상 데이터
- 모돈 개체별 급이를 위한 RF 태그와 리더기의 인식거리는 너무 짧으면, 인식불량이 발생하고, 너무 길면 다른 모돈의 태그가 인식되는 경우가 발생한다. 따라서, 통상적으로 이용되고 있는 인식범위 15~20 cm의 리더기와 태그를 선택하였다. 안테나의 좌우폭은 203 cm(8 inch)이며 이에 따른 RF 신호 검출여부를 조사하였다.
- 따라서, 통상적으로 이용되고 있는 인식범위 15~20 cm의 리더기와 태그를 선택하였다. 안테나의 좌우폭은 203 cm(8 inch)이며 이에 따른 RF 신호 검출여부를 조사하였다. 조사할 때에는 모돈의 행동을 고려하여 태그 방향을 바꾸거나 장애물 설치 등의 악조건을 고려하였다.
성능/효과
- (1) 기능별 요인시험을 실시한 결과, 인식거리 20 cm 이내에서 RF 태그의 인식률이 95% 이상으로 나타나 적용에 문제가 없는 것으로 판단되었다. 배합사료의 입도와 배합비별 배합상태, pH 변화 등을 조사한 결과, 배합사료는 70%가 직경 2 mm 이하이고 최대 직경이 4 mm를 넘지 않는 것으로 나타나 액상배합 및 급이에 문제는 없는 것으로 나타났다.
- (2) 요인시험 결과에 따라, 교반장치는 2단 페들식으로 하고 공급장치는 로터식 모노플렉스 펌프와 공압식 볼밸브를 이용하여 시험을 실시한 결과, 1.8~6초 급이시 900 g ~ 3,600 g이 배출되는 것으로 나타났다. 또한, 배합변동계수는 0.
- (3) 개발된 시스템을 이용하여 충남 예산에 위치한 G농장에서 성능 시험을 실시한 결과, 임신돈과 분만돈에 대한 급이작동은 원활하게 이루어졌으나 분만돈의 경우 스위치 손상과 분만돈의 불필요한 행동으로 적절한 급이가 어려웠다. 임신돈의 경우는 약간의 훈련 과정을 거쳐 기계에 대한 거부가 없어졌고, 급이구에서의 RF 인식률도 100%가 되어 급이 작업에 문제가 없는 것으로 판단되었다.
- (4) 농장에서 그룹관리 중인 임신돈의 개체별 액상급이시 900 g 급이시 약 2초가 소요되어 요인시험 때와 약간의 다르게 나타났는데, 이는 시스템 설치환경의 변화에 의한 것으로 판단되었다. 농장의 현지 사정에 따라 모돈의 1회 액상급이량을 900 g으로 조정하고 9회에 걸쳐 나누어 급이하였는데, 900 g을 1회 급이하는 데에는 65초가 소요되었고, 모돈 1두당 1일 급이 소요시간은 약 18분 정도가 소요되는 것으로 나타났다.
- 급이시 급이밸브 열림 시간을 요인시험 결과에 따라 2초로 조정하여 시험을 실시하였는데, 1회 급이량이 평균 900 g으로 나타났다. 이는 실험실에서의 배관과 현장에서의 배관 등의 환경 변화에 따른 것으로 판단되었으며, 모돈이 900 g의 액상사료를 섭취하는 데에 걸린 소요시간은 65 초로 조사되었다.
- (4) 농장에서 그룹관리 중인 임신돈의 개체별 액상급이시 900 g 급이시 약 2초가 소요되어 요인시험 때와 약간의 다르게 나타났는데, 이는 시스템 설치환경의 변화에 의한 것으로 판단되었다. 농장의 현지 사정에 따라 모돈의 1회 액상급이량을 900 g으로 조정하고 9회에 걸쳐 나누어 급이하였는데, 900 g을 1회 급이하는 데에는 65초가 소요되었고, 모돈 1두당 1일 급이 소요시간은 약 18분 정도가 소요되는 것으로 나타났다. 이에 따라, 본 급이장치 1대당 30두를 관리할 경우 하루 약 10시간 운전되어야 하는 것으로 나타났다.
- 또한, RFID 안테나의 위치에 따라 인식거리가 다르게 나타났는데, 그림 14와 같이 안테나 중심에서 인식거리가 가장 길고 좌우로 갈수록 인식거리가 짧아지는 것으로 나타났다. 그림에서의 점선은 모돈 입식전에 미리 RF 신호감지 여부를 측정한 값이다.
- 8~6초 급이시 900 g ~ 3,600 g이 배출되는 것으로 나타났다. 또한, 배합변동계수는 0.77~1.97%, 급이변동계수는 2.4 ~ 5.3%로 나타나 균일한 액상급이가 가능함을 확인하였다.
- 표 5에 교반 속도별 액상배합의 균일도를 나타내었다. 배합 변동계수는 0.77~1.97%로 나타났는데, 현재 액상사료의 배합변동계수의 기준은 없으나 기존의 TMR 배합사료의 배합 변동계수가 30%인 것을 감안한다면 배합시 배합사료는 균일하게 배합되는 것으로 판단되었다.
- (1) 기능별 요인시험을 실시한 결과, 인식거리 20 cm 이내에서 RF 태그의 인식률이 95% 이상으로 나타나 적용에 문제가 없는 것으로 판단되었다. 배합사료의 입도와 배합비별 배합상태, pH 변화 등을 조사한 결과, 배합사료는 70%가 직경 2 mm 이하이고 최대 직경이 4 mm를 넘지 않는 것으로 나타나 액상배합 및 급이에 문제는 없는 것으로 나타났다. 한편, 배합사료로 배합된 액상사료는 16~24시간 경과후 변질되는 것으로 나타나 배합급이후 즉시 세척작업을 실시해야 하는 것으로 나타났다.
- 성능 시험결과 RF 인식률은 95 %로 나타나, 모돈이 움직이는 상황에서 약간의 인식불량이 있었으나 모돈을 안테나 위치에 유도한 결과 모두 개체 인식에 성공하였고, 개체별 급이기에 대한 모돈의 훈련이 필요함을 알 수 있었다. 그림 22에서는 현장에서 물과 배합사료로 배합된 액상사료를 이용한 그룹관리용 모돈의 개체별 급이 시험장면을 나타내었는데, 모돈이 급이 스톨에 입장한 후에 배합사료와 물을 1:2로 배합한 액상사료를 급이하였다.
- 시험결과 프로펠러식 교반장치와 페들식 교반장치는 모두 배합에 문제가 없는 것으로 나타났다. 그러나 공압식 다이어프램 펌프는 막힘이 발생하여 사용이 불가능하였다.
- 3 ℃의 변화를 보여 모돈의 움직임에 따라 변화가 있음을 알 수 있다. 액상급이 관로내의 pH는 5.3~5.6으로 안정적인 값을 보이고 있는 것으로 나타났다. Table의 시험 데이터 중에서 중량과 체온 데이터는 데이터 변동이 심하여 신뢰하기 어려웠으며, 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단되었다.
- 최종적인 시험결과를 표 8에 나타내었는데, 모돈 1두당 1일 급이 소요시간은 약 18분 정도가 소요되는 것으로 나타났다. 이에 따라, 본 급이장치 1대당 30두를 관리할 경우 하루 약 10시간 운전되어야 하는 것으로 나타났다.
- 입도조사는 체를 이용하여 크기별로 분류하였다. 조사결과, 모돈사료의 주성분은 옥수수(약 50%), 대두(약30%)와 미량의 원소들로 이루어져 있으며 최대크기는 직경이 5 mm(옥수수) 미만이며, 물에 거의 녹지 않는 것으로 나타났다(표 2). 밀도는 임신돈 사료의 경우 0.
- 최종적인 시험결과를 표 8에 나타내었는데, 모돈 1두당 1일 급이 소요시간은 약 18분 정도가 소요되는 것으로 나타났다. 이에 따라, 본 급이장치 1대당 30두를 관리할 경우 하루 약 10시간 운전되어야 하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 6으로 안정적인 값을 보이고 있는 것으로 나타났다. Table의 시험 데이터 중에서 중량과 체온 데이터는 데이터 변동이 심하여 신뢰하기 어려웠으며, 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단되었다.
- 그러나, 분만돈이 코를 이용하여 스위치를 작동하는 것이 훈련되지 않았고, 스위치 또한 강도가 부족하여 스위치 손상이 일어났으며 분만돈의 불필요한 행위로 인하여 적절한 급이가 이루어지지 못하였다. 따라서, 포유모돈에 대한 개체인식형 액상급이의 경우는 분만돈의 행동특성을 고려하여 스위치의 구조 및 설치 위치 등을 재검토하고 분만돈의 훈련 가능성 여부 등 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단되었다.
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