1023: Ihsan Mahyudin TR-99

KENDALI PROPULSI KRDE UNTUK MENDUKUNG ATP

Ihsan Mahyudin

Badan Pengkajian dan Penerapan TeknologiGedung Teknologi 2, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan

Telepon (021) 75875944 Ext 147

∗e-Mail: ihsanbec@yahoo.com

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Tabrakan antar KA, walaupun jumlahnya sedikit, namun akibatnya lebih fatal. Selain menimbulkan korban jiwa yanglebih besar, juga menyebabkan kerugian material yg besar. Salah satu penyebabnya adalah ketidak disiplinan masinis dalam men-jalankan KA pada kecepatan tertentu atau melanggar sinyal. Untuk itu perlu dikembangkan teknologi kendali KA, dalam halini adalah ATP (Automatic Train Protection). Di BPPT dari tahun 2010 s/d 2014 dilaksanakan Kegiatan Disain Kendali KeretaApi, dimana pada tahun 2011 dianggarkan untuk Disain ATP Rp600.105.000,- dan tahun 2012 dianggarkan untuk PrototipATP Rp602.695.000,- . Namun kegiatan ini masih kekurangan biaya untuk kegiatan Kendali Propulsi, sebagai penyempurnaSistem ATP. Untuk itu maka dalam Riset Insentif ini diajukan Kendali Propulsi mendukung ATP.

Kata Kunci: Kecelakaan KA, Sinyal, Keselamatan Kereta, ATP, dan Kendali Propulsi

I. PENDAHULUAN

Pertumbuhan penduduk Indonesia akan berdampakpada tingginya tingkat permintaan akan kebutuhantransportasi, salah satunya adalah kereta api. Kereta apisudah menjadi ikon alat transportasi yang memiliki in-tensitas perjalanan yang stabil dan lebih efektif. Selainitu daya angkut kereta jauh lebih banyak daripada dayaangkut sarana transportasi lainnya. Untuk memenuhikebutuhan masyarakat akan transportasi kereta api,maka perlu ada kesiapan penggunaan moda kereta darisegi kualitas dan kuantitas. Peningkatan kualitas, pe-meriksaan, serta prosedur keselamatan lainnya telahberusaha dipenuhi dan terus ditingkatkan. Jika sudahmemenuhi standar, maka untuk memobilitasi banyakorang diperlukan kuantitas kereta yang seimbang de-ngan permintaan serta peningkatan pemberangkatanperjalanan kereta.

Tingkat perjalanan kereta skala internasional beradapada angka rata-rata 20 perjalanan per-jam, sedangkandi Indonesia tingkat perjalanan kereta rata-rata 4 per-jalanan per-jam. Atau 1/5 dari standar rata-rata per-jalanan yang sudah ada.

Rendahnya tingkat perjalanan kereta ini disebabkanoleh beberapa faktor, salah satu-nya adalah masihadanya sistem menunggu dan tidak adanya block ru-ang yang jelas antar kereta yang memungkinkan re-placement kereta dengan cepat. Permasalahan ini perlu

ditangani dengan sistem yang mampu mengontroltingkat block ruang kereta dan kecepatan yang diper-bolehkan pada setiap ruas rel tertentu. Dinamisasi pen-gaturan kereta antar-block akan mampu meningkat-kan train per hour atau tingkat perjalanan kereta tiapjamnya.

Tujuan kegiatan ini adalah untuk mengem-bangkanperangkat Kontrol Propulsi KRDE (Kereta Rel DieselElektrik) untuk mendukung ATP (Automatic Train Pro-tection) yang saat ini sedang dilaksanakan oleh PTIST-BPPT (tahun 2010-2014).

II. METODOLOGIATP (Automatic Train Protection) adalah suatu sis-

tem kendali pada kereta api yang tujuannya adalah un-tuk melindungi kereta api dari kecelakaan, dalam halmasinis tidak melakukan tindakan apabila ada lampusinyal yang menandakan perlambatan kecepatan keretaapi atau lampu sinyal yang menandakan pengereman,secara otomatis dengan memberikan perintah kepadamotor listrik untuk mengurangi kecepatan kereta apiatau menghentikan kereta api.

Sistem kerja untuk memerintahkan motor listrikmengurangi kecepatan atau melakukan pengeremanpada kegiatan ini disebut dengan Kontrol PropulsiKRDE untuk Mendukung ATP.

Kendali Propulsi KRDE untuk Mendukung ATP di-lakukan dengan cara Menerima Output Signal Cab dari

Prosiding InSINas 2012

TR-100 1023: Ihsan Mahyudin

GAMBAR 1: Skema Komunikasi ATP

Sistem Komunikasi ATP, Melakukan Interface dari Out-put Signal Cab menjadi Input Inverter, dan MelakukanKontrol Kecepatan Motor.

GAMBAR 2: Emergency Brake to Actuator

Untuk melaksanakan kegiatan ini, maka dilakukandengan 3 work package, yaitu :

WP1.1. Output Signal Cab;

WP1.2. Interface Signal Cab – Kontrol Motor; dan

WP1.3. Kontrol Motor.

III. HASIL DAN PEMBAHASANWP1.1. Output Signal Cab melakukan Review Out-

put Signal Cab baik yang berasal dari Sistem Interlock-ing dikirim melalui Media Komunikasi GSM, maupunyang berasal dari Balise serta Monitoring Posisi KAyang berasal dari GPS; Review Konfigurasi Modul Me-dia Komunikasi GSM, Modul Balise; dan Modul Mo-nitoring Posisi KA menggunakan GPS; dan PenetapanProtokol untuk Interface ke Kontrol Motor.

GAMBAR 3: Deacceleration dan Emergency Brake

GAMBAR 4: Hubungan Kerja antar Work Package.

WP1.2. Interface Signal Cab – Kontrol Motormelakukan Review, Disain H/W dan S/W dan PrototipMicrocontroller untuk Interface bagi Input Signal Cabke Kontrol Motor.

WP1.3. Inverter melakukan Basic Disain, Detail Di-sain, Perakitan Komponen dan Uji Coba Prototip In-verter.

A. Output Signal CabA-1. Modul Media Komunikasi GSM

Input Signal yang berasal dari Sistem Interlocking(hijau atau kuning atau merah) diolah oleh server un-tuk diubah dari analog menjadi digital. Kemudian de-ngan Modul Sistem Komunikasi GSM, informasi sinyaltersebut dikirim dari stasiun ke cabin.

Di Cabin informasi sinyal diproses oleh microcon-troller untuk ditampilkan di monitor pada cabin danuntuk input bagi control propulsi.[1]

A-2. Modul BaliseBalise merupakan suatu alat elektronika suar atau

transponder yang merupakan salah satu bagian dari

Prosiding InSINas 2012

1023: Ihsan Mahyudin TR-101

GAMBAR 5: Modul Media Komunikasi GSM.

Automatic Train Protection (ATP) dan ditempatkan diantara rel kereta ap. Kelebihan penggunaan tekno-logi balise adalah tidak memerlukan energi listrik darilua, memancarkan informasi tanpa kabel (wireless, danmeskipun kereta bergerak dengan kecepatan sampai500 km/jam, balise masih mampu untuk mengirimkandata dan menangkap informasi yang dipancarka.

Ada 2 jenis balise, yaitu balise pasif dan balise aktif.Balise aktif adalah jenis balise yang bisa mengirimkanberbagai jenis data yang dibutuhkan berupa data bi. Se-dangkan balise pasif adalah balise yang hanya dapatmemberikan data analog berupa frekuensi tertent. Se-lain mudah dipasang, komponen balise ini dapat dibuatdengan biaya murah. Balise ini belum ada di Indone-sia, tetapi sudah dikembangkan dan diproduksi di luarnegeri.[2]

Cara Kerja Balise:

1. Tranceiver membangkitkan dan mentransmitkansinyal radio melalui antena

2. Sinyal tersebut diterima oleh Modul Tag

3. Dari (Modul tag) data (informasi) dikirim keModul Reader

4. IC mengirimkan sinyal digital ke transceiver(Modul Reader)

Dari hasil uji coba prototip balise pada skala labora-torium, maka balise ini sudah bisa memberikan infor-masi status kereta api.

GAMBAR 6: Sistem Balise dalam Perkeretaapian

GAMBAR 7: Skema dan Sistem Kerja Balise

A-3. Monitoring Posisi KA menggunakan GPSTeknologi monitoring posisi pergerakan kereta api

secara realtime merupakan suatu bentuk teknologi

GAMBAR 8: Komponen Balise

Prosiding InSINas 2012

TR-102 1023: Ihsan Mahyudin

GAMBAR 9: Uji Coba Balise

yang diterapkan dalam memberikan solusi kesela-matan kereta ap. Monitoring pergerakan kereta apidapat diartikan dengan melacak pergerakan keretayang melakukan pergerakan di atas jalan rel denganmenggunakan teknologi Global Positioning System (GPS.Melalui teknologi Absolut Kinematik GPS dapat diper-oleh informasi posisi kereta secara real-time. Selanjut-nya melalui sistem monitoring posisi kereta tersebutpada peta digital dapat dilakukan navigasi kereta se-cara spasial. Pada pelacakan posisi kereta di atas jalanre, data posisi kereta dikirim melalui sistem seluler (mo-bile phone system), dan dapat juga dilakukan melalui sis-tem komunikasi satelit.[3]

GAMBAR 10: Konfigurasi Umum Perangkat GPS

Uji coba Monitoring Posisi Kereta pada skala labora-torium telah dilakukan, dan berhasil memberikan infor-masi posisi obyek.

B. Input dari Signal Cab (ISC) – Kontrol MotorProses deakselerasi dilakukan secara bertahap de-

ngan mengurangi frekuensi yang setara dengan ke-

GAMBAR 11: Komponen Peralatan GPS

GAMBAR 12: Modul GPS

TABEL 1: Contoh data posisi yang di update dari perangkat GPS

cepatan kereta, mulai dari frekuensi ekivalen kecepatansaat itu kemudian frekuensi dibawahnya, dan selan-jutnya yang dibawahnya lagi dan seterusnya sampaifrekuensi minimum; dalam rentang jarak 800 meter.

Selanjutnya setelah mengalami deselerasi sejauhjarak 800 meter tersebut, microcontroller akan memer-intahkan sinyal brake ke master control; yaitu sinyal

Prosiding InSINas 2012

1023: Ihsan Mahyudin TR-103

TABEL 2: Perhitungan deselerasi [a1], [a2], [a3] dalam km/jam2 dan holding time waktu deselerasi[t1, t2 dan t3] dalam jam

Jarak Pengereman (m) Perlambatan [km/jam2] Waktu [Jam]0 500 800 1000Kecepatan (km/h) a1 a2 a3 t1 t2 t3120 80 40 0 8000 8000 8000 0.005 0.005 0.00590 60 30 0 4500 4500 4500 0.0067 0.0067 0.006760 40 20 0 2000 2000 2000 0.01 0.01 0.0130 20 10 0 500 500 500 0.02 0.02 0.02

TABEL 3: Perhitungan deselerasi [a1], [a2], [a3] dalam m/dtk2 dan holding time waktu deselerasi[t1, t2 dan t3] dalam detik

Jarak Pengereman (m) Perlambatan [m/detik2] Waktu [detik]0 500 800 1000Kecepatan (km/h) a1 a2 a3 t1 t2 t3120 80 40 0 0.6172 0.6172 0.6172 18 18 1890 60 30 0 0.3472 0.3472 0.3472 24 24 2460 40 20 0 0.1543 0.1543 0.1543 36 36 3630 20 10 0 0.038 0.038 0.038 72 72 72

yang akan “menarik” “tuas “brake agar memulai pe-ngereman yang mengharuskan kereta akan berhentimutlak pada jarak 1000 meter dari sejak awal diteri-manya sinyal muka yellow.

Eksekusi proses perlambatan kecepatan dimulai daristatus signal muka, kemudian merancang interface un-tuk mendukung kesadaran situasi / situation awerness(SA) harus, memasukan semua maksud dan tujuanyang ada pada masinis ’fitur’, dan layar integrasi fi-tur akan memberikan semua informasi terkait ke per-lakukan dalam format yang dapat diintegrasikan dalamkepala masinis. Interface yang dibuat merupakan pre-sentasi dari fitur simbolis mewakili aspek tugas.

Untuk kegiatan ini, maka mikroprocessor yang digu-nakan adalah ATMega 8535AVR

C. Prototip InverterKegiatan WP-1.3 difokuskan pada design dan pro-

totyping 3 peralatan power electronics di atas yakni:Rectifier, Input Filter dan Inverter. Engine diesel,alternator dan motor listrik sudah ditetapkan olehPT. INKA dalam disain locomotif shunt, sedang-kan sistem kendali dilakukan dalam program insentifSINAS berjudul “ Pengembangan sistem kendali untukpropulsi kereta rel diesel - elektrik (KRDE) / kereta rellistrik (KRL) ”. Untuk selanjutnya peralatan elektron-ika daya ini akan disebut saja inverter untuk mempers-ingkat penulisannya.

Komponen utama inverter adalah:

1. Diode rectifier (1200 Vdc, 600 Arms): 2 buah

2. Capacitor DC-Link (24000 uF/ 900 Vdc): 8 buah

GAMBAR 13: Proses pembacaan status sinyal dan kecepatan

3. IGBT inverter (1200 V, 600 Apeak): 3 buah

4. IGBT chopper (1200 V, 600 Apeak): 1 buah

Prosiding InSINas 2012

TR-104 1023: Ihsan Mahyudin

GAMBAR 14: Proses deselerasi menggunakan switch otomatis

GAMBAR 15: Eksekusi Proses deselerasi

5. Breaking resistor: 1 buah

6. IGBT driver: 4 buah

7. Heatsink 40 cm x 24 cm x 11,2 cm: 4 buah

8. Uji Coba Inverter

Pengujian dilakukan dengan tujuan memeriksa ek-sekusi fungsi – fungsi yang telah diimplementasikandan konsep disain / disain awal inverter terutamaarsitektur dioda rectifier – DC-Link – Inverter yangakan dibuat dalam skala yang lebih besar. Dalam

GAMBAR 16: Integrasi mikroprosesor ATMega 8535AVR denganrangkaian simulator

GAMBAR 17: Rangkaian Interface Input Signal Cab – Kontrol Mo-tor

skala laboratorium ini, daya yang digunakan hanya 2,5KVA sesuai dengan besar daya maksimum yang dapatdiberikan oleh stop-kontak 1 fasa PLN.

Dalam ujicoba ini digunakan tegangan fasa tunggal

Prosiding InSINas 2012

1023: Ihsan Mahyudin TR-105

GAMBAR 18: Diagram peralatan elektronika daya dan sistemkendalinya dalam sistem propulsi

PLN sebesar 230Vac. Tegangan diturunkan oleh au-totransfo hingga tegangan 40 Vac dan dimasukkan kedalam rantai power electronic yang terdiri dari diodarectifier, DC-Link dan inverter. Keluaran dari inverteradalah jaringan listrik 3 fasa yang disambungkan kemotor induksi.

Berikut adalah rangkaian yang diuji coba:

GAMBAR 19: Rangkaian pengujian

Dari Uji Coba pada Skala Laboratorium, maka fungsidari inverter untuk dapat mengatur kecepatan motor(drive, deselerasi dan brake) sudah berhasil.

IV. KESIMPULANDari pelaksanaan kegiatan ini, kesimpulannya

adalah:

A. Output Signal Cab dari Sistem KomunikasiGSM, Balise dan GPS.

1. Pada Uji Coba Skala Laboratorium, Output SignalCab yang berasal dari Sistem Interlocking berhasilditransmisikan dengan menggunakan Model Ko-munikasi melalui media komunikasi GS. AspekSinyal Hija, Kuning dan Merah dapat dikirimmelalui GSM dan diterima/ditampilkan di Cabi.

2. Pada Uji Coba Skala LaboratoriummenggunakanPrototip Balise Pasif, Output Signal Cab yang bera-

GAMBAR 20: Persiapan Uji Coba pada Skala Laboratorium diB2TE, BPPT, Serpong

GAMBAR 21: Modul Interface Input Signal Cab

GAMBAR 22: Modul Kontrol Motor sedang di uji kesesuaain frek-wensinya

Prosiding InSINas 2012

TR-106 1023: Ihsan Mahyudin

GAMBAR 23: Prototip Inverter Skala Lab

GAMBAR 24: Motor Listrik untuk Uji Coba

GAMBAR 25: Uji Coba pengaturan Motor Listrik dengan Inverterdan Kontrol Motor

sal dari Balise dapat dibaca oleh Balise Reader danditampilkan pada Display.

3. Pada Uji Coba Skala Laboratorium menggunakanPrototip GPS/Radio UHF, maka Informasi PosisiKereta dapat diperoleh.

GAMBAR 26: Uji Coba pengaturan Motor Listrik dengan Inverterdan Kontrol Motor serta Modul Interface Signal Cab

B. Input dari Signal Cab (ISC) – Modul Kontrol Mo-tor

Pada Uji Coba Skala Laboratorium, Prototip Inter-face Input Signal Cab – Modul Kontrol Motor, Mi-

GAMBAR 27: Pergerakan frekwensi dari 20 Hz – 10 Hz saatdiberikan input signal cab berwarna kuning (perintah perlam-batan/deakselerasi)

Prosiding InSINas 2012

1023: Ihsan Mahyudin TR-107

GAMBAR 28: Pergerakan frekwensi dari 10 Hz – 0 Hzsaat diberikan input signal cab berwarna merah (perintah penge-reman/brake)

GAMBAR 29: Pengukuran Temperatur Heat Sink pada Inverter

crocontroller Atmel ATmega 8535 disimulasikan un-tuk mengolah informasi yang didapat dari GSM, Balisedan GPS/UHF, kemudian menterjemahkan perintahkepada Modul Kontrol Motor, baik untuk perintahmelaju/drive, perlambatan/deselerasi ataupun penge-reman/brake.

GAMBAR 30: Pengukuran Tegangan pada Inverter

GAMBAR 31: Pengukuran daya

GAMBAR 32: Tegangan dan arus yang keluar dari inverter

Prosiding InSINas 2012

TR-108 1023: Ihsan Mahyudin

GAMBAR 33: Arus inverter pada saat tegangan yang dimintaadalah 0 Vac

GAMBAR 34: Tegangan inverter pada saat tegangan yang dimintaadalah 0 Vac

Dengan berhasilnya simulasi yang dilakukan meng-gunakan mikrokontroller ATmega8535 pada skala lab,maka pengembangan untuk skala pada lingkunganyang relevan akan dapat dilakukan dengan baik.

C. Prototip InverterUji Coba Prototip Inverter pada Skala Laboratorium

berhasil dengan baik.Simulasi Input Signal Cab yang berasal dari Modul

Interface Input Signal Cab – Kontrol Motor, Microcon-troller Atmel ATmega 8535, dapat dibaca oleh ModulKontrol Propulsi dan Modul Inverter. Selanjutnya in-verter akan mengatur putaran motor listrik, sesuai de-ngan aspek sinyal (hijau/melaju/drive, kuning/ per-lambatan/deselerasi dan merah/ pengereman/brake).

Dengan berhasilnya simulasi yang dilakukan meng-gunakan prototip inverter pada skala laboratorium ini,

maka pengembangan untuk skala pada lingkunganyang relevan akan dapat dilakukan dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA[1] Kamar, Syamsul; (2011), Technical Document No.

4, Monitoring Block Section, BPPT.[2] Hidayat, Sofwan, (2012), Laporan Akhir Rancang

Bangun Balise Detektor Posisi Kereta Api untukSistem Pencegahan Kecelakaan Kereta Api SecaraOtomatis, BPPT

[3] Muhajirin, (2012), Laporan Akhir PengembanganSistem Informasi Pergerakan Kereta Api BerbasisGPS-GSM, BPP.

Prosiding InSINas 2012