D-22-1 SIMULASI NUMERIC UNTUK OTOMASI SISTEM PENGATURAN LAMPU LALULINTAS BERDASARKAN VOLUME KEPADATAN LALULINTAS DENGAN MENGGUNAKAN PLC (Programmable Logic Controller) (Studi Kasus di Perempatan Condongcatur, Sleman, Yogyakarta) Yuddy Krisna Sudirman 1, Hendra 2, Andino Maseleno 3 1,2 Jurusan Teknik Industri Universitas Pembangunan Nasional Veteran Yogyakarta Jl. Babarsari No 2 Yogyakarta 55281, Indonesia E-mail: krisna_dewa@yahoo.com, hauna81@yahoo.com 3 Jurusan Teknik Informatika Universitas Pembangunan Nasional Veteran Yogyakarta Jl. Babarsari No 2 Yogyakarta 55281, Indonesia E-mail: andinomaseleno@yahoo.com ABSTRAK Faktor utama yang mempengaruhi pengaturan lampu lalulintas khususnya pada simpang empat Condong Catur adalah besarnya volume kendaraan pada simpang tersebut. Semakin padat kendaraan yang melintas, maka semakin panjang antrian kendaraan yang melewatinya. Hal ini berarti dibutuhkan waktu nyala lampu lalulintas warna hijau yang cukup sehingga volume kendaraan pada simpang tersebut dapat berkurang atau bahkan seluruhnya dapat melintas. Sehubungan dengan pengaturan waktu nyala lampu lalulintas tersebut, maka perlu adanya suatu sistem kendali otomatis yang dapat digunakan untuk mengontrolnya. Dalam penentuan waktu nyala lampu lalulintas yang optimal pada simpang empat Condong Catur, data yang diperoleh diolah dengan menggunakan Metode Webster, kemudian dilakukan analisis terhadap data hasil pengolahan tersebut. Dari hasil pengolahan data volume kepadatan lalulintas, kemudian dijadikan sebagai masukan PLC untuk mengontrol waktu nyala lampu lalulintas. Waktu nyala lampu lalulintas yang optimal berdasarkan hasil pengolahan data menggunakan metode Webster adalah: Waktu siklus 128 detik, waktu nyala lampu lalulintas warna kuning 3 detik, waktu nyala intergreen besarnya 1 detik. Sedangkan waktu nyala lampu lalulintas warna hijau dan merah untuk tiap-tiap simpang adalah sebagai berikut: Untuk pergerakan dari arah Utara merah 94 detik dan hijau 30 detik. Untuk pergerakan dari arah Timur merah 95 detik dan hijau 29 detik. Untuk pergerakan dari arah Selatan merah 98 detik dan hijau 26 detik. Untuk pergerakan dari arah Timur merah 97 detik dan hijau 27 detik. Dari data tersebut selanjutnya dipakai Programmable Logic Controller (PLC) untuk mengatur penyalaan lampu lalulintas. Kata kunci : pengaturan lampu lalulintas, volume kendaraan, PLC, Metode Webster dan MKJI 1997, diagram ladder.
D-22-2 Pendahuluan Kemajuan teknologi yang berkembang pesat dewasa ini, mengakibatkan industri sebagai penghasil barang maupun jasa menggunakan cara-cara otomatisasi guna mempermudah dalam pengaturan sistem kerjanya. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan jumlah barang yang diproduksinya dan secara efektif dan efisien mengurangi biaya-biaya yang ditimbulkan oleh proses yang dikerjakan secara manual. Salah satu peralatan kontrol otomatis yang saat ini banyak digunakan adalah Programmable Logic Controller atau PLC. Secara khusus PLC dirancang untuk dapat menangani suatu sistem kontrol otomatis pada mesin industri ataupun aplikasi selain pada industri. Salah satu aplikasi penerapan PLC adalah pada sistem kontrol lampu lalulintas. Persimpangan jalan menempati urutan pertama dalam hal menyebabkan kelambatan dan kecelakaan. Di manapun arus lalulintas saling memotong, di sanalah tempat kemungkinan terjadi kecelakaan. Titik potong itu disebut titik konflik. Pada simpang empat Condong Catur sebagai ilustrasi, terdapat 20 titik konflik. Oleh karena itu perbaikan persimpangan akan dapat mengurangi kelambatan dan meningkatkan kapasitas dan tentu saja akan mengurangi banyaknya kecelakaan. Ada banyak cara untuk memperbaiki persimpangan. Salah satunya adalah dengan menggunakan semboyan-semboyan lalulintas. Dengan adanya semboyan, pasti kelambatan tetap akan timbul tetapi kelambatan tersebut jauh lebih kecil dibanding jika tanpa semboyan. Semboyan lalulintas dapat pula dilakukan oleh polisi lalulintas dengan semboyan tangan, tetapi cara ini tidak ekonomis dalam pengertian tenaga manusia. Pengaturan lalulintas adalah pekerjaan yang berlangsung terus menerus, yang sebaiknya dapat dilakukan dengan mesin. Maka dipakailah lampu lalulintas. Lampu Lalulintas Lampu lalulintas merupakan alat pengatur lalulintas yang mempunyai fungsi utama mengatur hak berjalan pergerakan lalulintas (termasuk pejalan kaki) secara bergantian di persimpangan jalan. Merah untuk semboyan berhenti dan hijau untuk semboyan jalan. Tujuan diterapkannya pengaturan dengan lampu lalulintas diantaranya adalah untuk menciptakan pergerakan dan hak berjalan secara bergantian dan teratur sehingga meningkatkan daya dukung pertemuan jalan dalam melayani arus lalulintas. Juga untuk memberikan mekanisme pengaturan lalulintas yang lebih efektif dan murah dibandingkan pengaturan manual. Untuk mencapai tujuan tersebut, lampu lalulintas harus dirancang dan dioperasikan dengan benar. Karena jika tidak, dapat menimbulkan terjadinya kelambatan (delay) yang tidak perlu. Kelambatan dan antrian kendaraan yang panjang merugikan pemakai jalan, memboroskan energi dan meningkatkan polusi maupun kebisingan. Dasar-dasar pengaturan lampu lalulintas yang harus dimengerti adalah sebagai berikut: 1. Menyalanya lampu hijau bukan berarti boleh berjalan melainkan boleh berjalan apabila aman. 2. Berbagai macam pergerakan dapat diberi lampu pengatur yang sama atau diberi lampu pengatur yang berbeda atau terpisah (terutama untuk pergerakan yang kompleks atau volume lalulintas tinggi). 3. Pada saat pergerakan jalan lurus mendapatkan nyala lampu hijau, tidak boleh ada pergerakan yang memotongnya, dan apabila pada saat bersamaan ada pergerakan membelok, maka pergerakan lurus harus mendapat prioritas.
D-22-3 4. Sesuai dengan kebiasaan yang berlaku, pada saat menerima nyala lampu hijau pergerakan membelok harus tetap berhati-hati untuk memberi prioritas pada pergerakan lurus dan memperhatikan pejalan kaki. Hal ini tidak terjadi pada kondisi khusus yang memberi hak penuh kepada pergerakan membelok untuk berjalan (dengan lampu panah). Pada prinsipnya apabila jumlah lajur lalulintas yang berpapasan lebih dari 2 buah, seyogyanya pergerakan membelok diberi hak berjalan secara terpisah (sebagai protected movement) untuk menjamin keselamatan lalulintas. 5. Penerapan suatu protected movement akan meningkatkan waktu hilang ( lost time) dan pada umumnya akan mengurangi kapasitas persimpangan. Apabila pengurangan kapasitas tersebut menimbulkan masalah maka pergerakan membelok tersebut dilarang dan diberikan alternatif rute yang lain. Metode Penghitungan Lampu Lalulintas Pengesetan lampu lalulintas dapat dihitung dengan metode Webster yang didasarkan pada asumsi-asumsi sebagai berikut: 1. Kedatangan kendaraan di setiap mulut persimpangan terjadi secara random. 2. Arus jenuh sama (konstan) selama waktu hijau efektif. 3. Metode pengaturan berdasarkan stage. 4. Pemilihan banyaknya stage dan urutannya dilakukan sesuai permintaan (kebutuhan). 5. Semua pergerakan dimulai dan diakhiri sesuai dengan pengaturan stage dan terjadi secara simultan. Penghitungan mencakup optimasi waktu siklus dan waktu hilang. Waktu hilang dapat dikatakan tetap dan tidak tergantung pada waktu siklus. Dengan demikian apabila waktu siklus bertambah maka proporsi waktu hijau juga bertambah, dan berakibat pada naiknya kapasitas persimpangan jalan. Namun demikian, waktu merah efektif juga bertambah dan antrian rata-rata menjadi lebih panjang. Optimasi siklus dimaksudkan untuk meminimasi kelambatan total. Tahapan penghitungan lampu lalulintas dengan metode webster adalah: 1. Tentukan banyaknya dan urutan stage 2. Hitung rasio antara volume lalulintas dan arus jenuh (q/s) tiap pergerakan 3. Tentukan nilai q/s kritis (y) tiap stage 4. Hitung Y y bila Y > 0.8 dilakukan penghitungan ulang 5. (Hitung L waktu hilang dalam waktu siklus 1.5 L 5 6. Hitung waktu siklus optimal, Co 1 Y 7. Pilih waktu siklus (C) antara 0.75 Co sampai 1.5 Co 8. Hitung waktu hijau efektif total, Eg C L yi 9. Hitung waktu hijau efektif tiap stage, g i C L Y 10. Hitung waktu hijau aktual, k g I I a 1 2
D-22-4 Untuk memperjelas hitungan di atas, arus lalulintas pada waktu lampu hijau dapat dilihat pada Gambar 1. Arus jenuh (s) Waktu hilang Waktu hilang (I 1 ) (I 2 ) Waktu Hijau Efektif (g) Waktu Waktu Hijau Aktual (k) (a) Merah Hijau Kuning Merah Gambar 1. Arus Lalulintas pada Waktu Hijau Contoh Penghitungan Lampu Lalulintas Persimpangan Condong Catur adalah persimpangan dengan 4 buah mulut yang akan diatur dalam 4 stage. Setelah dilakukan perhitungan dari data sekunder yang diperoleh dari Dinas Lalulintas Angkutan Darat dan Jalan Raya Yogyakkarta (DLLAJR), diketahui volume lalulintas dan arus jenuh di tiap mulut jalan adalah sebagai berikut: Tabel 1. Nilai volume lalulintas dan arus jenuh di persimpangan Condong Catur Pergerakan Volume Lalulintas, q (smp/jam) Arus Jenuh, s (smp/jam) Utara 832 3780 Timur 765 3675 Selatan 679 3570 Barat 814 3990 Sumber : Data sekunder DLLAJR Yogyakarta 1. Persimpangan akan diatur dalam 4 stages, Utara, Timur, Selatan, Barat. 2. Hasil perhitungan rasio antara q dan s, y dan Y adalah sebagai berikut:
D-22-5 Tabel 2. Rasio antara volume lalulintas dan arus jenuh Pergerakan q/s y Y Utara 0,22 0,22 Timur 0,21 0,21 Selatan 0, 19 0, 19 0,82 < 0,85 Barat 0,20 0,20 3. Ditetapkan intergreen period = 4 detik I1 + I2 = 2 detik a = 3 detik = waktu kuning Waktu hilang dalam waktu siklus = L = [(4x(4-3)] + (4x2) = 12 detik ( 1,5 L 5) 1,5 x12 5 4. Waktu siklus optimal = Co = 127,7 detik (1 Y ) (1 0,783) 128det ik 5. Waktu siklus (C) dipilih antara 0,75 dan 1,50 Co. Dipilih C = 128 detik 6. Waktu hijau efektif total = Eg= C L = 128 12 = 116 detik yi 7. Waktu hijau efektif setiap stage = g i C L dan Y 8. Waktu hijau aktual = k g I1 I 2 a, hasil perhitungan (7) dan (8) pada tabel di bawah: Tabel 3. Waktu hijau efektif dan aktual menggunakan metode Webster Stage Waktu hijau efektif (detik) Waktu hijau aktual (detik) Utara 31 30 Timur 30 29 Selatan 27 26 Barat 28 27
D-22-6 Diagram pengaturan lampu digambarkan pada gambar 2. berikut: FASE I UTARA 30 kuning FASE 2 34 62 kuning UR FASE 3 67 93 kuning SELATAN FASE 4 BARAT stage 1 stage 2 stage 3 stage 4 97 kuning 124 106 1 siklus Gambar 2. Diagram pengaturan fase dan stage dengan metode Webster Keterangan : : Lampu lalulintas menyala merah. : Lampu lalulintas menyala hijau. : Lampu lalulintas menyala kuning.
D-22-7 Pemrograman PLC Pada PLC diagram/program kontrol yang dipakai adalah diagram ladder (tangga). Dinamakan diagram tangga karena bentuknya menyerupai tangga (bersusun). Ada pendekatan yang sistematik untuk mendesain sistem kontrol menggunakan PLC, yaitu: (1) Tetapkan urutan operasi dari mesin/sistem yang akan dikontrol, (2) Penugasan Input dan Output, (3) Penulisan program, (4) Download dan simulasikan program, dan (5) Jalankan sistem. Untuk sistem pengaturan lampu lalulintas di atas, urutan operasi yang akan dikontrol adalah seperti pada Gambar 2. Persimpangan dengan empat mulut (Utara, Timur, Selatan, Barat) akan dikontrol dalam 4 stages (Utara, Timur, Selatan, Barat). Untuk mengontrol pergerakan pada setiap stage dibutuhkan 3 lampu (Hijau, Kuning, Merah) maka untuk mengontrol 4 stages dibutuhkan 12 lampu (4 Hijau, 4 Kuning, 4 Merah) sebagai output PLC. Ladder programnya: 1a 1b I:100 I:101 O:100 O:100 2 3 4 5 6 7 8 O:100 008 O:100 000 O:100 001 O:100 002 O:100 003 O:100 004 O:100 005 000 #0030 001 #0003 002 #0029 003 #0003 004 #0026 005 #0003 006 #0027
D-22-8 9 10 O:100 006 O:100 007 007 #0003 008 #0001 11 000 001 O:101 12 13 001 O:101 002 O:102 O:102 O:103 UTARA 002 003 O:104 14 15 16 003 O:104 004 O:105 O:105 O:106 UR 17 004 005 O:107 18 19 005 O:107 006 O:108 O:108 O:109 SELATAN 006 007 O:110 20 007 008 O:111 21 22 O:110 O:111 O:112 BARAT 23 END Gambar 3. Diagram ladder sistem pengaturan lampu lalulintas simpang empat Input I:100 adalah push botton NO untuk menghidupkan sistem. Output O:101 s/d O:112 adalah lampu lalulintas yang diatur penyalaannya oleh PLC. Dari Gambar 2 terlihat bahwa lampu Hijau dan Kuning untuk stage Utara s/d Barat harus diatur penyalaannya secara berurutan selama selang waktu yang telah ditentukan. Selang
D-22-9 waktu penyalaan di dalam PLC diatur menggunakan timer. Sedangkan untuk lampu Merah pada masing-masing stage, menyala ketika lampu Hijau dan Kuning pada stage yang sama tidak menyala. Kesimpulan Lampu lalulintas bertujuan mengatur pergerakan lalulintas di persimpangan jalan dengan cara memberikan nyala lampu Hijau (untuk berjalan), Kuning (untuk perhatian) dan Merah (untuk berhenti) selama selang waktu tertentu. Agar penyalaan lampu efektif, selang penyalaan harus memperhatikan volume arus lalulintas yang melewati persimpangan tersebut. Untuk mengatur penyalaan lampu lalulintas dapat digunakan PLC karena adanya fungsi timer di dalam PLC. Daftar Pustaka Budiyono, M., Wijaya A., 2003, Pengenalan Dasar-dasar PLC, Penerbit Gava Media, Yogyakarta, Pengantar mengenai Programmable Logic Controller, Mitsubishi, Jepang, 2001, A Biginner s Guide to PLC, OMRON, Singapore Wee, IW., 1992, Programmable Logic Controllers, Maxwell Macmillan Canada, Toronto Malkhamah, S., 1995, Survey Lampu Lalu-lintas dan Pengantar Manajemen Lalulintas, Biro Penerbit KMTS FT UGM, Yogyakarta, 1997, Manual Kapasitas Jalan Indonesia, Departemen Pekerjaan Umum Direktorat Jendral Bina Marga, 1988, Manual On Uniform Traffic Control Devices Groover, P, Mikell, Prentice-Hall 2001, Automation, Production Systems, and Computer-Interated Manufacturing Munawar, Ahmad, 2004, Manajemen Lalulintas Perkotaan, Penerbit BETA OFFSET Jogjakarta Abubakar, Iskandar, dkk, Menuju Lalulintas dan Angkutan Jalan yang Tertib, edisi yang disempurnakan, PT. Zaiyan Putra Perdana Desain