Disajikan 29-30 Nop 2012
ABSTRAK
Tabrakan antar KA, walaupun jumlahnya sedikit, namun akibatnya lebih fatal. Selain menimbulkan korban jiwa yang lebih 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 hal ini adalah ATP (Automatic Train Protection). Di BPPT dari tahun 2010 s/d 2014 dilaksanakan Kegiatan Disain Kendali Kereta Api, dimana pada tahun 2011 dianggarkan untuk Disain ATP Rp600.105.000,- dan tahun 2012 dianggarkan untuk Prototip ATP Rp602.695.000,- . Namun kegiatan ini masih kekurangan biaya untuk kegiatan Kendali Propulsi, sebagai penyempurna Sistem 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 berdampak pada tingginya tingkat permintaan akan kebutuhan transportasi, salah satunya adalah kereta api. Kereta api sudah menjadi ikon alat transportasi yang memiliki in-tensitas perjalanan yang stabil dan lebih efektif. Selain itu daya angkut kereta jauh lebih banyak daripada daya angkut sarana transportasi lainnya. Untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan transportasi kereta api, maka perlu ada kesiapan penggunaan moda kereta dari segi kualitas dan kuantitas. Peningkatan kualitas, pe-meriksaan, serta prosedur keselamatan lainnya telah berusaha dipenuhi dan terus ditingkatkan. Jika sudah memenuhi standar, maka untuk memobilitasi banyak orang diperlukan kuantitas kereta yang seimbang de-ngan permintaan serta peningkatan pemberangkatan perjalanan kereta.
Tingkat perjalanan kereta skala internasional berada pada angka rata-rata 20 perjalanan per-jam, sedangkan di Indonesia tingkat perjalanan kereta rata-rata 4 jalanan jam. Atau 1/5 dari standar rata-rata per-jalanan yang sudah ada.
Rendahnya tingkat perjalanan kereta ini disebabkan oleh beberapa faktor, salah satu-nya adalah masih adanya sistem menunggu dan tidak adanya block ru-ang yru-ang jelas antar kereta yru-ang memungkinkan re-placement kereta dengan cepat. Permasalahan ini perlu
ditangani dengan sistem yang mampu mengontrol tingkat 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 tiap jamnya.
Tujuan kegiatan ini adalah untuk mengem-bangkan perangkat Kontrol Propulsi KRDE (Kereta Rel Diesel Elektrik) untuk mendukung ATP (Automatic Train Pro-tection) yang saat ini sedang dilaksanakan oleh PTIST-BPPT (tahun 2010-2014).
II.
METODOLOGI
ATP (Automatic Train Protection) adalah suatu sis-tem kendali pada kereta api yang tujuannya adalah un-tuk melindungi kereta api dari kecelakaan, dalam hal masinis tidak melakukan tindakan apabila ada lampu sinyal yang menandakan perlambatan kecepatan kereta api atau lampu sinyal yang menandakan pengereman, secara otomatis dengan memberikan perintah kepada motor listrik untuk mengurangi kecepatan kereta api atau menghentikan kereta api.
Sistem kerja untuk memerintahkan motor listrik mengurangi kecepatan atau melakukan pengereman pada kegiatan ini disebut dengan Kontrol Propulsi KRDE untuk Mendukung ATP.
Kendali Propulsi KRDE untuk Mendukung ATP di-lakukan dengan cara Menerima Output Signal Cab dari
GAMBAR1: Skema Komunikasi ATP
Sistem Komunikasi ATP, Melakukan Interface dari Out-put Signal Cab menjadi InOut-put Inverter, dan Melakukan Kontrol Kecepatan Motor.
GAMBAR2: Emergency Brake to Actuator
Untuk melaksanakan kegiatan ini, maka dilakukan dengan 3 work package, yaitu :
WP1.1. Output Signal Cab;
WP1.2. Interface Signal Cab – Kontrol Motor; dan WP1.3. Kontrol Motor.
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
WP1.1. Output Signal Cab melakukan Review Out-put Signal Cab baik yang berasal dari Sistem Interlock-ing dikirim melalui Media Komunikasi GSM, maupun yang berasal dari Balise serta Monitoring Posisi KA yang berasal dari GPS; Review Konfigurasi Modul Me-dia Komunikasi GSM, Modul Balise; dan Modul Mo-nitoring Posisi KA menggunakan GPS; dan Penetapan Protokol untuk Interface ke Kontrol Motor.
GAMBAR3: Deacceleration dan Emergency Brake
GAMBAR4: Hubungan Kerja antar Work Package.
WP1.2. Interface Signal Cab – Kontrol Motor melakukan Review, Disain H/W dan S/W dan Prototip Microcontroller untuk Interface bagi Input Signal Cab ke Kontrol Motor.
WP1.3. Inverter melakukan Basic Disain, Detail Di-sain, Perakitan Komponen dan Uji Coba Prototip In-verter.
A. Output Signal Cab
A-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 sinyal tersebut dikirim dari stasiun ke cabin.
Di Cabin informasi sinyal diproses oleh microcon-troller untuk ditampilkan di monitor pada cabin dan untuk input bagi control propulsi.[1]
A-2. Modul Balise
Balise merupakan suatu alat elektronika suar atau transponder yang merupakan salah satu bagian dari
GAMBAR5: Modul Media Komunikasi GSM.
Automatic Train Protection (ATP) dan ditempatkan di antara rel kereta ap. Kelebihan penggunaan tekno-logi balise adalah tidak memerlukan energi listrik dari lua, memancarkan informasi tanpa kabel (wireless, dan meskipun kereta bergerak dengan kecepatan sampai 500 km/jam, balise masih mampu untuk mengirimkan data dan menangkap informasi yang dipancarka.
Ada 2 jenis balise, yaitu balise pasif dan balise aktif. Balise aktif adalah jenis balise yang bisa mengirimkan berbagai jenis data yang dibutuhkan berupa data bi. Se-dangkan balise pasif adalah balise yang hanya dapat memberikan data analog berupa frekuensi tertent. Se-lain mudah dipasang, komponen balise ini dapat dibuat dengan biaya murah. Balise ini belum ada di Indone-sia, tetapi sudah dikembangkan dan diproduksi di luar negeri.[2]
Cara Kerja Balise:
1. Tranceiver membangkitkan dan mentransmitkan sinyal radio melalui antena
2. Sinyal tersebut diterima oleh Modul Tag
3. Dari (Modul tag) data (informasi) dikirim ke Modul 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.
GAMBAR6: Sistem Balise dalam Perkeretaapian
GAMBAR7: Skema dan Sistem Kerja Balise
A-3. Monitoring Posisi KA menggunakan GPS Teknologi monitoring posisi pergerakan kereta api secara realtime merupakan suatu bentuk teknologi
GAMBAR9: Uji Coba Balise
yang diterapkan dalam memberikan solusi kesela-matan kereta ap. Monitoring pergerakan kereta api dapat diartikan dengan melacak pergerakan kereta yang melakukan pergerakan di atas jalan rel dengan menggunakan 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 tersebut pada peta digital dapat dilakukan navigasi kereta se-cara spasial. Pada pelacakan posisi kereta di atas jalan re, data posisi kereta dikirim melalui sistem seluler (mo-bile phone system), dan dapat juga dilakukan melalui sis-tem komunikasi satelit.[3]
GAMBAR10: 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 Motor Proses deakselerasi dilakukan secara bertahap de-ngan mengurangi frekuensi yang setara dede-ngan
ke-GAMBAR11: Komponen Peralatan GPS
GAMBAR12: Modul GPS
TABEL1: Contoh data posisi yang di update dari perangkat GPS
cepatan kereta, mulai dari frekuensi ekivalen kecepatan saat itu kemudian frekuensi dibawahnya, dan selan-jutnya yang dibawahnya lagi dan seterusnya sampai frekuensi minimum; dalam rentang jarak 800 meter.
Selanjutnya setelah mengalami deselerasi sejauh jarak 800 meter tersebut, microcontroller akan memer-intahkan sinyal brake ke master control; yaitu sinyal
T 3: Perhitungan deselerasi [a1], [a2], [a3] dalam m/dtk dan holding time waktu deselerasi [t1, t2 dan t3] dalam detik
Jarak Pengereman (m)
Perlambatan [m/detik2] Waktu [detik]
0 500 800 1000 Kecepatan (km/h) a1 a2 a3 t1 t2 t3 120 80 40 0 0.6172 0.6172 0.6172 18 18 18 90 60 30 0 0.3472 0.3472 0.3472 24 24 24 60 40 20 0 0.1543 0.1543 0.1543 36 36 36 30 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 berhenti mutlak pada jarak 1000 meter dari sejak awal diteri-manya sinyal muka yellow.
Eksekusi proses perlambatan kecepatan dimulai dari status signal muka, kemudian merancang interface un-tuk mendukung kesadaran situasi / situation awerness (SA) harus, memasukan semua maksud dan tujuan yang ada pada masinis ’fitur’, dan layar integrasi fi-tur akan memberikan semua informasi terkait ke per-lakukan dalam format yang dapat diintegrasikan dalam kepala 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 Inverter
Kegiatan 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 oleh PT. INKA dalam disain locomotif shunt, sedang-kan sistem kendali dilakusedang-kan dalam program insentif SINAS berjudul “ Pengembangan sistem kendali untuk propulsi kereta rel diesel - elektrik (KRDE) / kereta rel listrik (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
GAMBAR13: Proses pembacaan status sinyal dan kecepatan
3. IGBT inverter (1200 V, 600 Apeak): 3 buah
GAMBAR14: Proses deselerasi menggunakan switch otomatis
GAMBAR15: 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 diimplementasikan dan konsep disain / disain awal inverter terutama arsitektur dioda rectifier – DC-Link – Inverter yang akan dibuat dalam skala yang lebih besar. Dalam
GAMBAR16: Integrasi mikroprosesor ATMega 8535AVR dengan
rangkaian simulator
GAMBAR17: Rangkaian Interface Input Signal Cab – Kontrol
Mo-tor
skala laboratorium ini, daya yang digunakan hanya 2,5 KVA sesuai dengan besar daya maksimum yang dapat diberikan oleh stop-kontak 1 fasa PLN.
GAMBAR 18: Diagram peralatan elektronika daya dan sistem kendalinya dalam sistem propulsi
PLN sebesar 230Vac. Tegangan diturunkan oleh au-totransfo hingga tegangan 40 Vac dan dimasukkan ke dalam rantai power electronic yang terdiri dari dioda rectifier, DC-Link dan inverter. Keluaran dari inverter adalah jaringan listrik 3 fasa yang disambungkan ke motor induksi.
Berikut adalah rangkaian yang diuji coba:
GAMBAR19: Rangkaian pengujian
Dari Uji Coba pada Skala Laboratorium, maka fungsi dari inverter untuk dapat mengatur kecepatan motor (drive, deselerasi dan brake) sudah berhasil.
IV.
KESIMPULAN
Dari pelaksanaan kegiatan ini, kesimpulannya adalah:
A. Output Signal Cab dari Sistem Komunikasi GSM, Balise dan GPS.
1. Pada Uji Coba Skala Laboratorium, Output Signal Cab yang berasal dari Sistem Interlocking berhasil ditransmisikan dengan menggunakan Model Ko-munikasi melalui media koKo-munikasi GS. Aspek Sinyal Hija, Kuning dan Merah dapat dikirim melalui GSM dan diterima/ditampilkan di Cabi. 2. Pada Uji Coba Skala Laboratoriummenggunakan
Prototip Balise Pasif, Output Signal Cab yang
bera-GAMBAR 20: Persiapan Uji Coba pada Skala Laboratorium di
B2TE, BPPT, Serpong
GAMBAR21: Modul Interface Input Signal Cab
GAMBAR22: Modul Kontrol Motor sedang di uji kesesuaain
GAMBAR23: Prototip Inverter Skala Lab
GAMBAR24: Motor Listrik untuk Uji Coba
GAMBAR25: Uji Coba pengaturan Motor Listrik dengan Inverter
dan Kontrol Motor
sal dari Balise dapat dibaca oleh Balise Reader dan ditampilkan pada Display.
3. Pada Uji Coba Skala Laboratorium menggunakan Prototip GPS/Radio UHF, maka Informasi Posisi Kereta dapat diperoleh.
GAMBAR26: Uji Coba pengaturan Motor Listrik dengan Inverter
dan 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 saat
diberikan input signal cab berwarna kuning (perintah perlam-batan/deakselerasi)
GAMBAR 28: Pergerakan frekwensi dari 10 Hz – 0 Hz saat diberikan input signal cab berwarna merah (perintah penge-reman/brake)
GAMBAR29: Pengukuran Temperatur Heat Sink pada Inverter
crocontroller Atmel ATmega 8535 disimulasikan un-tuk mengolah informasi yang didapat dari GSM, Balise dan GPS/UHF, kemudian menterjemahkan perintah kepada Modul Kontrol Motor, baik untuk perintah melaju/drive, perlambatan/deselerasi ataupun penge-reman/brake.
GAMBAR30: Pengukuran Tegangan pada Inverter
GAMBAR31: Pengukuran daya
GAMBAR 33: Arus inverter pada saat tegangan yang diminta
adalah 0 Vac
GAMBAR34: Tegangan inverter pada saat tegangan yang diminta
adalah 0 Vac
Dengan berhasilnya simulasi yang dilakukan meng-gunakan mikrokontroller ATmega8535 pada skala lab, maka pengembangan untuk skala pada lingkungan yang relevan akan dapat dilakukan dengan baik.
C. Prototip Inverter
Uji 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 Modul Kontrol 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 lingkungan yang 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 untuk Sistem Pencegahan Kecelakaan Kereta Api Secara Otomatis, BPPT
[3] Muhajirin, (2012), Laporan Akhir Pengembangan Sistem Informasi Pergerakan Kereta Api Berbasis GPS-GSM, BPP.
