포도 농사를 처음 시작했을 때
가장 불편했던 일은
물을 주는 작업을
매번 직접 해야 한다는 것이었습니다.
비가 오지 않는 날이면
출근하기 전에도 하우스를 들르고,
퇴근한 뒤에도
다시 물을 주기 위해 농장으로 향했습니다.
특히 여름철에는 하루만 관수를 놓쳐도
토양 상태와 작물 생육이 달라질 만큼
물관리는 농사의 기본이자
가장 중요한 작업이었습니다.
그때마다 항상 같은 생각이
머릿속을 맴돌았습니다.
‘이 물주기를 자동으로 만들 수는 없을까?’
요즘은 비닐하우스를 새로 설치하면서
자동관수 설비를 함께
시공하는 경우가 많습니다.
스마트폰으로 물을 켜고 끄거나,
예약 시간에 맞춰 자동으로 관수하는 시스템도
이제는 어렵지 않게 찾아볼 수 있습니다.
하지만 제가 처음 포도 농사를 시작했을 당시에는
자동관수보다
직접 만들어 보고 싶다는 마음이 더 컸습니다.
전기 회로를 제대로 이해한 것도 아니었고,
제어반을 만들어 본 경험도 전혀 없었습니다.
그래도 직접 설계하고,
직접 배선해서 원하는 대로 작동한다면
엄청난 성취감을 느낄 수 있을 것 같았습니다.
결과부터 말씀드리면
그때 만든 첫 번째 자동관수 시스템은
무려 3년이 넘는 기간 동안
큰 문제 없이 포도 하우스에서 제 역할을 해주었습니다.
물론 지금 다시 만든다면
안전성과 유지관리를 고려해
조금 다른 방식으로 구성하겠지만,
당시에는 정말 많은 시행착오를 거쳐
가장 단순하면서도
확실한 방법을 찾아낸 셈이었습니다.
자동관수가
꼭 필요했던 이유
당시 포도 하우스에는
5톤 물탱크 두 개가 설치되어 있었습니다.
물탱크 아래에는
한일 비자흡식 모터펌프가 연결되어 있었는데,
이 펌프는 물을 빨아올리는 방식이 아니라
물탱크에서 자연스럽게 내려오는 물을
앞으로 밀어주는 역할을 하는 구조였습니다.
3년 동안 실제 운영했던 자동관수 시스템(AI로 제작한 이미지입니다.)
관수를 시작하려면
항상 두 가지 작업을 해야 했습니다.
첫 번째는
포도 하우스로 연결되는 배관의
유니온 밸브를 직접 여는 일이었습니다.
두 번째는
모터펌프의 전원을 켜는 것이었습니다.
이 두 가지가 동시에 이루어져야
비로소 포도밭으로 물이 공급되었습니다.
처음에는
‘밸브를 항상 열어 두면 되는 것 아닐까?’
라는 생각도 해봤습니다.
하지만 실제로는 그렇게 사용할 수 없었습니다.
5톤 물탱크 두 개,
즉 약 10톤의 물이 저장된 상태에서는
높이 차이로 인해
일정한 수압이 계속 발생합니다.
밸브를 열어 두면
모터를 켜지 않아도
물이 조금씩 흐르기 시작했고,
가까운 하우스부터 물이 먼저 빠져나갔습니다.
반대로 가장 뒤쪽에 있는 하우스까지는
충분한 압력이 전달되지 않아
관수가 고르게 이루어지지 않았습니다.
결국 자동관수를 만들기 위해서는
사람 대신 배관을 열고 닫아 줄 장치가
반드시 필요했습니다.
그때 선택한 장비가 바로
버마드(BERMAD) 솔레노이드 밸브였습니다.
왜 솔레노이드 밸브를
선택했을까?
솔레노이드 밸브는
전기를 공급하면 내부 코일에 자속이 발생하고,
그 힘으로 파일럿 밸브를 작동시켜
주 밸브를 열거나 닫는 장치입니다.
즉,
사람이 손으로 밸브를 돌리지 않아도
전기 신호만으로 물길을 제어할 수 있습니다.
제가 사용했던 버마드 솔레노이드 밸브는
24VAC 교류 전원을 사용하는 제품이었습니다.
덕분에 220V 전원을 직접 연결할 필요 없이
220V를 24VAC로 변환해 주는 변압기만 준비하면
비교적 간단하게 제어할 수 있었습니다.
자동관수 시스템을 구상하면서
가장 먼저 확인한 것도 바로
이 전압 사양이었습니다.
전압이 맞지 않으면
아무리 좋은 부품을 연결해도
밸브는 절대로 작동하지 않기 때문입니다.
(AI로 제작한 이미지입니다.)
필요한 부품은
생각보다 단순했다
자동관수의 원리를 정리하고 나니
이제는 필요한 부품을
하나씩 정리할 차례였습니다.
당시에는 인터넷 쇼핑몰을 찾아보며
전압과 규격을 하나씩 비교했고,
필요한 부품만 최소한으로 구매했습니다.
지금 생각해 보면
아주 단순한 구성이었지만,
그만큼 고장 날 요소도 적었습니다.
제가 준비했던 부품은 다음과 같습니다.
| 구성품 | 역할 |
|---|---|
| 버마드 솔레노이드 밸브 | 관수 배관 개폐 |
| 220V→24VAC 변압기 | 밸브 구동 전원 공급 |
| 누전차단기 | 누전 및 감전 보호 |
| 노출형 2구 콘센트 | 전원 분배 |
| 스마트플러그 | 원격 제어 및 예약 운전 |
| 단자대 | 배선 연결 및 정리 |
| 하이박스 | 전기 부품 보호 |
| 접지바 및 접지봉 | 누설전류 대비 |
부품 수만 보면
생각보다 많지 않습니다.
오히려 가장 중요한 것은
어떤 부품을 사용하느냐보다
어떤 순서로 연결하느냐였습니다.
가장 먼저 확인한 것은
전압이었다
전기 작업에서 가장 중요한 것은
전압과 전류를 정확하게 확인하는 일입니다.
저 역시 처음에는
‘전선만 연결하면 되는 것 아닐까?’
라는 생각을 했었습니다.
하지만 실제로는
각 장비마다 사용하는 전압이 달랐습니다.
버마드 솔레노이드 밸브는
24VAC 교류 전원을 사용했습니다.
반면 모터펌프는
단상 220V를 사용하는 제품이었습니다.
즉,
하나는 24V 교류,
다른 하나는 220V 교류였습니다.
따라서 같은 전원에
그대로 연결해서는
절대로 작동하지 않습니다.
220V 전원을
24VAC로 낮춰주는
변압기가 반드시 필요했습니다.
이 변압기 하나가
자동관수 시스템에서
가장 중요한 부품 가운데 하나였습니다.
변압기는 어떤 역할을 할까?
변압기의 역할은
220V 교류 전압을
24VAC 교류 전압으로
낮춰주는 것입니다.
1차측에는
220V를 입력하고,
2차측에서는
24VAC가 출력됩니다.
이 출력 전압을
솔레노이드 밸브의
코일에 연결하면
코일에 전류가 흐르면서
전자석이 만들어지고,
그 힘으로
파일럿 밸브가 움직여
주 밸브가 열리게 됩니다.
결국 사람 대신
전기가 밸브를 열어 주는 것입니다.
이 원리만 이해해도
자동관수 시스템의 절반은
이해한 것과 다름없습니다.
원격 제어는
스마트플러그 하나로
해결했다
요즘처럼 IoT 제품이 다양하지 않았던 시절이라
가장 현실적인 선택은
스마트플러그였습니다.
제가 사용했던 스마트플러그는
스마트폰 앱을 통해
전원을 켜고 끌 수 있었고,
요일별 예약과
시간 예약 기능도
함께 지원했습니다.
덕분에
매일 오전 6시,
또는 저녁 7시처럼
원하는 시간에 맞춰
자동으로 물을 줄 수 있었습니다.
관수 시간을 변경해야 할 때도
하우스까지 가지 않고
휴대폰에서 몇 번만 눌러주면
설정이 끝났습니다.
지금 생각해도
가장 만족했던 부분이
바로 이 기능이었습니다.
당시에는
인터넷도 직접 해결했다
한 가지 문제가 더 있었습니다.
스마트플러그는
인터넷이 연결되어야
원격 제어가 가능합니다.
하지만 당시 하우스에는
인터넷 회선이
전혀 설치되어 있지 않았습니다.
당시 저는
SK텔레콤 휴대전화를 사용하고 있었는데,
사용 중인 요금제에서
데이터 전용 유심을
추가로 사용할 수 있었습니다.
사용하지 않던
오래된 스마트폰에
데이터 유심을 넣고,
핫스팟을 항상 켜 두는 방식으로
간이 공유기를 만든 것입니다.
스마트플러그는 이 핫스팟에 연결했고,
스마트폰은 하이박스 안에 충전기를 연결해
항상 전원이 공급되도록 구성했습니다.
결과적으로 별도의 인터넷 회선 없이도
언제 어디서든
자동관수를 제어할 수 있었습니다.
지금은 LTE 공유기나
Wi-Fi 환경을 사용하는 것이
더 일반적이지만,
당시에는 이 방법이
가장 경제적이면서도
실용적인 선택이었습니다.
실제 배선은
어떻게 연결했을까?
부품을 모두 준비했다면
이제 가장 중요한 배선 작업이 남습니다.
처음에는 회로가 복잡할 것이라고 생각했지만,
실제로는 전기의 흐름을 하나씩 따라가면
생각보다 이해하기 쉬운 구조였습니다.
가장 먼저 외부에서 들어오는
단상 220V 전원을
하이박스 안으로 인입했습니다.
이 전원은 가장 먼저
누전차단기로 연결했습니다.
누전차단기를 설치한 이유는
전원이 누설되거나 누전이 발생했을 때
자동으로 전원을 차단하기 위해서입니다.
특히 물을 사용하는 농업 환경에서는
누전차단기가 가장 먼저 동작해야
감전 사고를 예방할 수 있습니다.
누전차단기를 지난 전원은
2구 노출 콘센트로 연결했습니다.
이렇게 하면 하이박스 내부에서
220V 전원을 자유롭게 사용할 수 있는
간단한 전원 분배함이 만들어집니다.
(AI로 제작한 이미지입니다.)
스마트플러그는
스위치 역할만 담당했다
다음으로
220V를 24VAC로 변환하는
변압기를 준비했습니다.
변압기의 1차측에는
220V 입력선이 연결됩니다.
여기서 중요한 점은
변압기를 콘센트에
직접 연결한 것이 아니라,
스마트플러그를 거쳐 연결했다는 점입니다.
즉,
노출 콘센트
↓
스마트플러그
↓
변압기
순서로 연결했습니다.
평소에는
스마트플러그의 스위치가 열려 있어
변압기로 전원이 공급되지 않습니다.
예약 시간이 되거나
스마트폰에서 전원을 켜면
스마트플러그 내부 릴레이가 닫히면서
220V가 변압기로 공급됩니다.
그러면 변압기에서는
24VAC가 출력되고,
이 전압이 버마드 솔레노이드 밸브의
코일로 전달됩니다.
코일에 전류가 흐르면
전자석이 만들어지고,
파일럿 밸브가 열리면서
주 밸브도 함께 열립니다.
결국 사람이 밸브를 돌리지 않아도
전기 신호만으로
물이 흐를 수 있는 상태가 되는 것입니다.
그렇다면
모터펌프는 어떻게 켰을까?
밸브만 열린다고 해서
물이 충분히 공급되는 것은 아니었습니다.
우리 하우스는
비자흡식 모터펌프를 사용했기 때문에
펌프도 함께 작동해야
관수 압력이 형성되었습니다.
그래서 저는 스마트플러그에
3구 T형 멀티탭을 연결했습니다.
하나는 변압기로,
다른 하나는
모터펌프 전원으로 연결했습니다.
이렇게 구성하면
스마트플러그의 스위치가 켜지는 순간
변압기에도
220V가 공급되고,
모터펌프에도
동시에 220V가 공급됩니다.
즉,
스마트플러그 하나만 켜도
- 솔레노이드 밸브가 먼저 열리고
- 모터펌프가 함께 회전하면서
- 포도밭으로 물이 공급되는 구조였습니다.
구조 자체는 매우 단순했지만,
실제로 사용해 보니
생각했던 것보다 훨씬 안정적으로 작동했습니다.
무엇보다
중요한 것은 접지였다
자동관수 시스템을 만들면서
가장 오래 기억에 남는 것은
스마트플러그도 아니고
솔레노이드 밸브도 아니었습니다.
오히려 시간이 지날수록
가장 중요하다고 느낀 것은
바로 접지였습니다.
농업은 물을 사용하는 작업이 많습니다.
비닐하우스 내부는
항상 습기가 있고,
관수 중에는
배관 주변이 젖어 있는 경우도 흔합니다.
이런 환경에서는
작은 누설전류라도
인체에는 매우 위험할 수 있습니다.
그런데 실제 농가를 다니다 보면
의외로 접지가 제대로 되어 있지 않은
제어반을 자주 볼 수 있습니다.
저희 하우스도
처음에는 같은 상황이었습니다.
컨트롤박스는 설치되어 있었지만
접지선이 제대로 연결되어 있지 않았고,
모터펌프 역시
접지 체계가 충분하지 않았습니다.
그래서 자동관수 시스템을 구성하면서
가장 먼저 보완한 부분도
접지였습니다.
제가 실제로 보완한
접지 방법
먼저 하이박스 내부에
접지바(접지 단자대)를 설치했습니다.
그리고 모터펌프 외함에 연결된
접지선을 접지바에 연결했습니다.
마지막으로
접지바에서 지중으로
접지봉을 매설하여
접지극을 구성했습니다.
이렇게 하면
모터 외함이나 금속 하우징에
누설전류가 발생하더라도
접지선을 통해
대지로 흐를 수 있는 경로가 만들어집니다.
접지는
전기가 잘 흐르도록 만드는 장치가 아니라,
이상이 발생했을 때
사람보다 먼저 전류가 흘러갈 길을
만들어 주는 안전장치입니다.
그리고 이러한 접지와 함께
누전차단기가 정상적으로 동작해야
감전 사고를 예방할 수 있습니다.
자동관수를 만든다면 편리함보다 먼저
안전을 생각해야 하는 이유가
바로 여기에 있습니다.
지금 다시 만든다면
이렇게 바꿀 것이다
3년 동안 사용하면서
기본적인 자동관수 기능에는
큰 불편이 없었습니다.
하지만 지금 다시 만든다면
몇 가지는 분명히 개선할 것입니다.
가장 먼저 바꿀 부분은
모터 제어 방식입니다.
당시에는 스마트플러그 하나로
변압기와 모터를 함께 제어했습니다.
실제로는 문제없이 사용했지만,
현재라면 전자접촉기를 추가하여
모터는 접촉기가 개폐하도록 구성할 것입니다.
이렇게 하면 기동전류에 의한
스마트플러그 접점 부담을 줄일 수 있고,
장기간 사용 시에도
신뢰성을 높일 수 있습니다.
두 번째는
센서 연동입니다.
당시에는 예약된 시간에 맞춰
물을 주는 기능만 있었습니다.
하지만 토양수분센서, 온·습도센서,
기상 정보를 함께 활용하면
필요한 시점에만
자동으로 관수하는 시스템도
구현할 수 있습니다.
물론 그만큼
구성과 비용은 복잡해지지만,
작물 입장에서는
훨씬 효율적인 관리가 가능합니다.
직접 만들어 보니
얻은 것이 더 많았다
처음 자동관수를 만들겠다고 했을 때는
단순히 물 주는 일을
조금 편하게 하고 싶었습니다.
하지만 막상 하나씩 만들어 보니
얻은 것은 자동관수만이 아니었습니다.
220V와 24VAC의 차이를 이해하게 되었고,
솔레노이드 밸브가
어떤 원리로 작동하는지도
직접 배울 수 있었습니다.
배선 방법과 누전차단기의 역할,
접지의 중요성,
그리고 하나의 시스템을
처음부터 끝까지 설계하는 과정까지
모두 경험할 수 있었습니다.
돌이켜 보면
자동관수 시스템을 만든 경험은
이후 스마트팜과 무선 센서 프로젝트에
도전하는 밑거름이 되었습니다.
작은 아이디어 하나가
더 큰 기술로 이어질 수 있다는 사실을
몸소 느꼈기 때문입니다.
비싼 장비를 구매하는 것도 좋지만,
작동 원리를 이해하고
직접 만들어 보는 경험은
그 이상의 가치를 남겨 줍니다.
앞으로도 이 블로그에서는
실제 농장에서 직접 사용해 본
자동화 기술과 스마트농업 사례를
있는 그대로 기록해 보려고 합니다.
성공했던 경험은 물론,
실패했던 과정까지 함께 공유한다면
같은 고민을 하는 농업인들에게도
조금이나마 도움이 될 것이라 믿습니다.
자동관수 시스템
핵심 구성 한눈에 보기
| 구성품 | 역할 |
|---|---|
| 버마드 솔레노이드 밸브 | 관수 배관 개폐 |
| 220V→24VAC 변압기 | 밸브 구동 전원 공급 |
| 모터펌프 | 관수 압력 생성 |
| 스마트플러그 | 예약 및 원격 제어 |
| 누전차단기 | 누전 발생 시 전원 차단 |
| 접지바·접지봉 | 누설전류를 안전하게 대지로 방류 |
다음 글 예고
이번 글에서는
예약 시간에 맞춰 작동하는
가장 단순한 자동관수 시스템을 소개했습니다.
다음 글에서는 한 단계 더 발전한 내용으로,
토양수분센서를 이용해
흙이 마르면
자동으로 물을 주는 자동관수 시스템을
실제 구성과 함께 소개해 보겠습니다.
주의하세요!
이 글은 실제 농장에서
약 3년간 운영했던 경험을 바탕으로 작성했습니다만
전기는 정말 위험하므로 따라하지 말고 참고만 해주세요!
