KENDALI PROPULSI KRDE UNTUK MENDUKUNG ATP

Transkripsi

1 1023: Ihsan Mahyudin TR-99 KENDALI PROPULSI KRDE UNTUK MENDUKUNG ATP Ihsan Mahyudin Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Gedung Teknologi 2, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan Telepon (021) Ext Disajikan 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 menjalankan 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 Rp ,- dan tahun 2012 dianggarkan untuk Prototip ATP Rp ,-. 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 intensitas 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, pemeriksaan, serta prosedur keselamatan lainnya telah berusaha dipenuhi dan terus ditingkatkan. Jika sudah memenuhi standar, maka untuk memobilitasi banyak orang diperlukan kuantitas kereta yang seimbang dengan 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 perjalanan per-jam. Atau 1/5 dari standar rata-rata perjalanan yang sudah ada. Rendahnya tingkat perjalanan kereta ini disebabkan oleh beberapa faktor, salah satu-nya adalah masih adanya sistem menunggu dan tidak adanya block ruang yang jelas antar kereta yang memungkinkan replacement kereta dengan cepat. Permasalahan ini perlu ditangani dengan sistem yang mampu mengontrol tingkat block ruang kereta dan kecepatan yang diperbolehkan pada setiap ruas rel tertentu. Dinamisasi pengaturan kereta antar-block akan mampu meningkatkan 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 Protection) yang saat ini sedang dilaksanakan oleh PTIST- BPPT (tahun ). II. METODOLOGI ATP (Automatic Train Protection) adalah suatu sistem kendali pada kereta api yang tujuannya adalah untuk 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 dilakukan dengan cara Menerima Output Signal Cab dari

2 TR : Ihsan Mahyudin GAMBAR 1: Skema Komunikasi ATP Sistem Komunikasi ATP, Melakukan Interface dari Output Signal Cab menjadi Input Inverter, dan Melakukan Kontrol Kecepatan Motor. GAMBAR 3: Deacceleration dan Emergency Brake GAMBAR 4: Hubungan Kerja antar Work Package. GAMBAR 2: 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 Output Signal Cab baik yang berasal dari Sistem Interlocking dikirim melalui Media Komunikasi GSM, maupun yang berasal dari Balise serta Monitoring Posisi KA yang berasal dari GPS; Review Konfigurasi Modul Media Komunikasi GSM, Modul Balise; dan Modul Monitoring Posisi KA menggunakan GPS; dan Penetapan Protokol untuk Interface ke Kontrol Motor. 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 Disain, Perakitan Komponen dan Uji Coba Prototip Inverter. 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 untuk diubah dari analog menjadi digital. Kemudian dengan Modul Sistem Komunikasi GSM, informasi sinyal tersebut dikirim dari stasiun ke cabin. Di Cabin informasi sinyal diproses oleh microcontroller 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

3 1023: Ihsan Mahyudin TR-101 GAMBAR 6: Sistem Balise dalam Perkeretaapian GAMBAR 5: Modul Media Komunikasi GSM. Automatic Train Protection (ATP) dan ditempatkan di antara rel kereta ap. Kelebihan penggunaan teknologi 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. Sedangkan balise pasif adalah balise yang hanya dapat memberikan data analog berupa frekuensi tertent. Selain mudah dipasang, komponen balise ini dapat dibuat dengan biaya murah. Balise ini belum ada di Indonesia, tetapi sudah dikembangkan dan diproduksi di luar negeri. [2] Cara Kerja Balise: GAMBAR 7: Skema dan Sistem Kerja Balise A-3. Monitoring Posisi KA menggunakan GPS Teknologi monitoring posisi pergerakan kereta api secara realtime merupakan suatu bentuk teknologi 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 laboratorium, maka balise ini sudah bisa memberikan informasi status kereta api. GAMBAR 8: Komponen Balise

4 TR : Ihsan Mahyudin GAMBAR 9: Uji Coba Balise GAMBAR 11: Komponen Peralatan GPS yang diterapkan dalam memberikan solusi keselamatan 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 diperoleh informasi posisi kereta secara real-time. Selanjutnya melalui sistem monitoring posisi kereta tersebut pada peta digital dapat dilakukan navigasi kereta secara spasial. Pada pelacakan posisi kereta di atas jalan re, data posisi kereta dikirim melalui sistem seluler (mobile phone system), dan dapat juga dilakukan melalui sistem komunikasi satelit. [3] GAMBAR 12: Modul GPS TABEL 1: Contoh data posisi yang di update dari perangkat GPS GAMBAR 10: Konfigurasi Umum Perangkat GPS Uji coba Monitoring Posisi Kereta pada skala laboratorium telah dilakukan, dan berhasil memberikan informasi posisi obyek. B. Input dari Signal Cab (ISC) Kontrol Motor Proses deakselerasi dilakukan secara bertahap dengan mengurangi frekuensi yang setara dengan ke- cepatan kereta, mulai dari frekuensi ekivalen kecepatan saat itu kemudian frekuensi dibawahnya, dan selanjutnya yang dibawahnya lagi dan seterusnya sampai frekuensi minimum; dalam rentang jarak 800 meter. Selanjutnya setelah mengalami deselerasi sejauh jarak 800 meter tersebut, microcontroller akan memerintahkan sinyal brake ke master control; yaitu sinyal

5 1023: Ihsan Mahyudin TR-103 TABEL 2: Perhitungan deselerasi [a1], [a2], [a3] dalam km/jam 2 dan holding time waktu deselerasi [t1, t2 dan t3] dalam jam Jarak Pengereman (m) Perlambatan [km/jam 2 ] Waktu [Jam] Kecepatan (km/h) a1 a2 a3 t1 t2 t TABEL 3: Perhitungan deselerasi [a1], [a2], [a3] dalam m/dtk 2 dan holding time waktu deselerasi [t1, t2 dan t3] dalam detik Jarak Pengereman (m) Perlambatan [m/detik 2 ] Waktu [detik] Kecepatan (km/h) a1 a2 a3 t1 t2 t yang akan menarik tuas brake agar memulai pengereman yang mengharuskan kereta akan berhenti mutlak pada jarak 1000 meter dari sejak awal diterimanya sinyal muka yellow. Eksekusi proses perlambatan kecepatan dimulai dari status signal muka, kemudian merancang interface untuk mendukung kesadaran situasi / situation awerness (SA) harus, memasukan semua maksud dan tujuan yang ada pada masinis fitur, dan layar integrasi fitur akan memberikan semua informasi terkait ke perlakukan dalam format yang dapat diintegrasikan dalam kepala masinis. Interface yang dibuat merupakan presentasi dari fitur simbolis mewakili aspek tugas. Untuk kegiatan ini, maka mikroprocessor yang digunakan adalah ATMega 8535AVR C. Prototip Inverter Kegiatan WP-1.3 difokuskan pada design dan prototyping 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, sedangkan sistem kendali dilakukan dalam program insentif SINAS berjudul Pengembangan sistem kendali untuk propulsi kereta rel diesel - elektrik (KRDE) / kereta rel listrik (KRL). Untuk selanjutnya peralatan elektronika daya ini akan disebut saja inverter untuk mempersingkat 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

6 TR : Ihsan Mahyudin GAMBAR 14: Proses deselerasi menggunakan switch otomatis GAMBAR 16: Integrasi mikroprosesor ATMega 8535AVR dengan rangkaian simulator 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 eksekusi 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 GAMBAR 17: Rangkaian Interface Input Signal Cab Kontrol Motor skala laboratorium ini, daya yang digunakan hanya 2,5 KVA sesuai dengan besar daya maksimum yang dapat diberikan oleh stop-kontak 1 fasa PLN. Dalam ujicoba ini digunakan tegangan fasa tunggal

7 1023: Ihsan Mahyudin TR-105 GAMBAR 18: Diagram peralatan elektronika daya dan sistem kendalinya dalam sistem propulsi PLN sebesar 230Vac. Tegangan diturunkan oleh autotransfo 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: GAMBAR 20: Persiapan Uji Coba pada Skala Laboratorium di B2TE, BPPT, Serpong GAMBAR 19: 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 Komunikasi melalui media komunikasi GS. Aspek Sinyal Hija, Kuning dan Merah dapat dikirim melalui GSM dan diterima/ditampilkan di Cabi. GAMBAR 21: Modul Interface Input Signal Cab GAMBAR 22: Modul Kontrol Motor sedang di uji kesesuaain frekwensinya 2. Pada Uji Coba Skala Laboratoriummenggunakan Prototip Balise Pasif, Output Signal Cab yang bera-

8 TR : Ihsan Mahyudin GAMBAR 23: Prototip Inverter Skala Lab GAMBAR 26: Uji Coba pengaturan Motor Listrik dengan Inverter dan Kontrol Motor serta Modul Interface Signal Cab B. Input dari Signal Cab (ISC) Modul Kontrol Motor Pada Uji Coba Skala Laboratorium, Prototip Interface Input Signal Cab Modul Kontrol Motor, Mi- GAMBAR 24: Motor Listrik untuk Uji Coba GAMBAR 25: 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. GAMBAR 27: Pergerakan frekwensi dari 20 Hz 10 Hz saat diberikan input signal cab berwarna kuning (perintah perlambatan/deakselerasi)

9 1023: Ihsan Mahyudin TR-107 GAMBAR 30: Pengukuran Tegangan pada Inverter GAMBAR 28: Pergerakan frekwensi dari 10 Hz 0 Hz saat diberikan input signal cab berwarna merah (perintah pengereman/brake) GAMBAR 31: Pengukuran daya GAMBAR 29: Pengukuran Temperatur Heat Sink pada Inverter crocontroller Atmel ATmega 8535 disimulasikan untuk 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 pengereman/brake. GAMBAR 32: Tegangan dan arus yang keluar dari inverter

10 TR : Ihsan Mahyudin 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. GAMBAR 33: adalah 0 Vac Arus inverter pada saat tegangan yang diminta GAMBAR 34: Tegangan inverter pada saat tegangan yang diminta adalah 0 Vac Dengan berhasilnya simulasi yang dilakukan menggunakan 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, Microcontroller Atmel ATmega 8535, dapat dibaca oleh Modul Kontrol Propulsi dan Modul Inverter. Selanjutnya inverter akan mengatur putaran motor listrik, sesuai dengan aspek sinyal (hijau/melaju/drive, kuning/ perlambatan/deselerasi dan merah/ pengereman/brake). Dengan berhasilnya simulasi yang dilakukan menggunakan prototip inverter pada skala laboratorium ini,