Sistem Kendali Prototype Kereta Maglev Untuk Mengatur Pergerakan Menggunakan Nodemcu Esp8266
Adam Surya Abidin 1 , adam.tep1803@taruna.api.ac.id Andri Pradipta 2 , andri@ppi.ac.id Sunardi 3 , sunardi@ppi.ac.id
Teknologi Elektro Perkeretaapian, Politeknik Perkeretaapian Indonesia Madiun 1,2,3

## ABSTRAK
Maglev merupakan dasar teknologi kereta cepat dengan metode pengangkatan sebuah objek terhadap suatu acuan menggunakan medan magnet. Sistem ini digunakan untuk mengurangi gaya gesekan yang ditimbulkan oleh suatu komponen yang melakukan kontak secara langsung. Makalah ini mempelajari sistem kereta maglev dalam rangka pengembangan teknologi sistem kendali pada kereta cepat. Sistem kendali kereta maglev dibuat prototype dan  diuji  kemampuan  dalam  hal  bergerak  maju  dijalur  lurus,  ditikungan  dan  performa  system. Metode kendali pergerakan prototype kereta maglev adalah dengan mengatur gaya tarik dan dorong magnet dari  2  kutub  magnet  pada  sarana  dan  lintasan  menggunakan  perintah  operator  melalui smartphone menggunakan software  Blynk .  Dalam  hal  ini  sensor  hall  effect  diterapkan  untuk  mendeteksi  kondisi  kutub magnet pada lintasan yang selanjutnya digunakan untuk  menentukan perubahan kutub magnet buatan yang berada di sarana. Hasil pengujian dari prototype maglev melaju dengan rata-rata kecepatan 0.204 m/s.
Kata Kunci: Maglev , Sensor Hall effect, Blynk , Elektromagnetik

## ABSTRACT
Maglev is the basis of fast train technology by lifting an object to a reference using a magnetic field. This system is used to reduce the friction force generated by a component that makes direct contact. This paper studies maglev train systems in the framework of the development of control system technology on fast trains. The maglev train control system was prototyped and tested in terms of moving forward on the straight path, mounting and system performance. The maglev train prototype's prototype movement control method is to set the magnetic tensile and thrust forces of the two magnetic poles on the means and trajectories using operator commands via smartphone using Blynk software. In this case the hall effect sensor is applied to detect the condition of the magnetic pole on the trajectory which is then used to determine the change in the artificial magnetic pole that is in the means. Test results from the maglev prototype drove at an average speed of 0.204 m/s.
Keywords : Maglev, Hall effect sensor, Blynk, Electromagnetic

## 1 PENDAHULUAN
Kereta  api  kecepatan  tinggi  merupakan  sarana perkeretaapian  dengan  tenaga  penggerak  motor linear  yang  berjalan  diatas  rel  serta  memiliki kecepatan  lebih  dari  200  km  [1].  Kereta  cepat  ini telah diterapkan diberbagai negara di Eropa maupun di  Asia.  Banyak  negara-negara  menerapankan
teknologi kereta api kebanyakan menggunakan roda dan rel yang menyebabkan gaya gesekan sehingga laju  dari  kereta tersebut  menjadi  kurang  maksimal [2][3].Untuk  mengurangi  dari  gaya  gesekan tersebut  maka  diperlukan  penerapan  teknologi kereta melayang ( levited train ) yang menggunakan sistem  induksi  elektromagnetik  pada  rangkaian kereta  sebagai  pengganti  roda  pada  sarana. Kereta
Maglev (magnetic levitation ) membutuhkan sistem kendali  agar Maglev tetap  berada  pada  jalur  dan melaju dengan lancar. Dinamika dari sistem Maglev selalu  tidak  stabil  dan  nonlinier,  sehingga dibutuhkan kendali yang tepat untuk mengendalikan  sistem  tersebut  [4].  Pengendalian plant agar  berjalan  sesuai  yang  diinginkan  serta meminimalkan steady  error . Prototype kereta maglev dibuat dan diuji kemampuannya dalam hal levitasi, bergerak maju dijalur lurus, ditikungan dan performa  sistem. Sistem  kendali  pada prototype diaplikasikan pada kereta dengan mengatur medan magnet kumparan rotor motor linier. Medan magnet yang  dihasilkan  kumparan  diubah  polaritasnya sehingga terjadi pergerakan propulsi, dari prototype kereta maglev.
Teknologi Maglev digunakan  untuk  membuat sebuah  objek  melayang  di  udara  menggunakan bantuan  medan  magnet  [5][6][7].  Medan  magnet bekerja menolak atau melawan gaya tarik gravitasi. Maglev mulai diterapkan disektor transportasi yaitu pada kereta. Maglev memiliki keunggulan diantaranya  roda  yang  meyebabkan  keausan  dari dari jalur bisa berkurang [8]. Prinsip kereta maglev memanfaatkan  gaya  magnet  untuk  melayang sehingga gaya gesek dapat dikurangi [2], [3]. Kereta Maglev juga memanfaatkan elektromagnetik sebagai  gaya  dorong  kereta  tersebut.  Dengan kecilnya  gaya  gesek  dan  besarnya  gaya  dorong, kereta  ini  mampu  melaju  dengan  kecepatan  tinggi dan  jauh  lebih  cepat  dari  kereta  pada  umumnya [9][10].
Post R.F. dan Ryutof D.D. [11] mengatakan bahwa kereta maglev sistem inductrack menggunakan sistem  levitasi  dan  propulsi  terintegrasi  menjadi satu sistem running . Sistem running kereta maglev memanfaatkan  prinsip linear  induction  motors (LIMs).  LIMs  menggunakan  sistem alternating current (AC)  3  fasa  sebagai  sistem  levitasi  dan propulsi. Kelebihan sistem ini hanya menggunakan magnet permanen pada sarananya dan elektromagnet  pada  jalur  [12].  Pada  makalah  ini, kereta Maglev didesain  dalam  skala prototype.
Prototype  Maglev sistem inductrack kali  ini menggunakan sistem steping LIMs yaitu memanfaatkan  sistem  induksi  yang  dibangkitkan dari inverting listrik  DC  ( direct  current ).
Penggunaan inverting listrik  DC  disistem Maglev
dimaksud  untuk  menghindari  faktor  daya  (cos  ) rendah. Prototype ini mengunakan  magnet permanen  menimbulkan  gaya  levitasi  ( levitation ) pada  kereta  sedangkan  magnet  induksi  sebagai sistem  penggerak  ( propultion ).  Sistem  propulsi prototype menggunakan  elektromagnet  pada  rotor dan  magnet  permanen  pada  stator. Inductrack menggunakan  catu  daya  untuk  mempercepat  laju kereta  saat  mengambang.  Bila  pasokan  catu  daya mengalami  gangguan  atau  terputus  maka  kereta akan melambat dan berhenti dengan sendirinya.

## 2 DASAR TEORI PENDUKUNG
Sunardi  [13]  menggunakan  jalur  gelombang  radio untuk pengiriman data pengukuran peringatan dini dalam  sistem  telemetri.    Sistem  didesain  dengan mengirimkan  data  pada  modul  komunikasi  port serial wireless HC-12 untuk pemantauan jarak jauh. Dalam  makalah  ini  modul  transmitter  gelombang radio  dapat  digunakan  untuk  pengendalian, pengaturan dan pemantauan. Pengendalian
prototype kereta
maglev menggunakan mikrokontrol  NodeMCU  ESP8266  untuk  kendali running linear induksi motors (LIMs).

## 2.1 Sistem Kendali Open Loop
Desain  sistem  pengendalian  pada prototype kereta maglev menggunakan  sistem  loop  terbuka  ( open loop )  [14].  Sistem  kendali  ini  keluarannya  tidak berpengaruh  pada  aksi  pengendalian.  Keluaran sistem  kendali  ini  tidak  diukur  atau  diumpan- balikan  untuk  dibandingkan  dengan  masukan. Sistem kendali pada prototype maglev ini memiliki referensi  dari  fungsi  penundaan  ( delay )  (T)  dan referensi  peubah  pola  polarisasi  kutub-kutub  rotor dari  fungsi  arus  kemagnetan  ( fluks )  (  ).  Perubah pola  polarisasi  berdasarkan  fluks  magnet  stator. Sistem  kendali open  loop untuk prototype maglev dapat  digambarkan  seperti  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1 Sistem Kendali Open Loop .
Persamaan  untuk  sistem  loop  terbuka  dinyatakan sebagai berikut [15] :
. . 2-2
Keterangan:
= Output = Input / referensi . = kontroller
= Plant

## 2.2 Signal Referensi Sensor Hall effect
Bentuk lain dari sistem melayang ( levitasi ) dengan menggunakan  sensor hall  effect ,  sensor  ini membaca besar medan magnet yang ada kemudian mengubahnya  menjadi  tegangan  [16],  [17]. Jangkauan yang dapat dibaca dari sensor ini yaitu - 670  hingga  +  670  Gauss  serta  output  tegangan antara 0,4 sampai 4,6 Volt dengan suplai tegangan 5V  [18].  Sensor hall  effect memanfaatkan perubahan jumlah garis fluks medan magnet untuk mengenali  jarak  celah.  Semakin  jauh  objek melayang  dari  elektromagnet,  jumlah  garis  fluks yang melewati sensor hall effect semakin berkurang [19].
Gambar 2 Sensing Hall Effect [18]
Beberapa  penelitian  digunakan  sensor hall  effect sebagai  pembaca  celah  antara  rel  dengan  elektro magnet. Penelitian menggunakan sensor hall effect pada  proyek magnetic  levitation  project  kits  for teaching  feedback  system dengan  menggunakan sistem  analog  dan  magnet  permanen  yang ditempelkan pada objek yang berlevitasi [20] [21].

## 3 BLOK DIAGRAM DAN PRINSIP KERJA SISTEM KENDALI LIMS
Diagram blok kendali running prototype maglev dapat digambarkan pada diagram berikut:
Gambar 3 Diagram Blok Sistem Kendali
Berdasar  gambar  2, smartphone yang  sudah terinstal aplikasi blynk memberi input data perintah ke mikrokontrol NodeMCU ESP8266 melalui wifi.
Sensing fluxs (  ) medan magnet stator (jalur) oleh hall effect dikirim ke mikrokontrol berupa tegangan
(V).    Kemudian  referensi  dari blynk dan  sensor diolah  oleh  mikrokontroler  untuk  mengatur  driver berupa  keluaran  pola  polarisasi  elektromagnet dengan  arus  0.7  A.  Komposisi  polarisasi  diatur sehingga  terjadi  pergerakan  maju,  mundur  dan
berhenti  sesuai  perintah  yang  dimasukkan.  Untuk suplai tegangan mikrokontrol dan driver menggunakan  DC  12  V  yang  diturunkan  menjadi 5V  melalui  Modul Stepdown LM2596. Prototype kereta maglev menggunakan  prinsip  kerja  LIMs dimana  stator  terletak  pada  jalur  dan  rotor
elektromagnet  terletak  pada Prototype .  Sistem kendali  menggunakan  model open  loop yang mengatur  propulsi  pada  rotor running dengan referensi  medan  magnet  stator.  Pengutuban  rotor running dilakukan oleh mikrokontroler berdasarkan sensing pada medan magnet stator (jalur).

## Gambar 4 Prinsip Kerja LIMs
Ada beberapa jenis / tipe kereta maglev yang saat ini digunakan  yaitu  sistem  suspensi elektromagnetik
dan  suspensi dinamik.  Pada prototype ini  dipilih jenis  suspensi  elektromagnetik.  Untuk  sistem kendali sarana dibuat berdasarkan prinsip sederhana dari hasil interaksi dua kutub magnet yang sama dan dua  kutub  magnet  yang  berbeda.  Sarana  bergerak dengan  memanfaatkan  gaya  tarik  dan  dorong magnet antara elektromagnet yang berada di sarana dengan magnet yang berada pada jalur. Gaya tarik ditimbulkan  akibat  pertemuan  dua  kutub  magnet yang  berbeda,  sedangkan  gaya  tolak  disebabkan oleh  dua  kutub  magnet  yang  sama.  Kutub elektromagnet pada sarana akan diatur
perubahannya  dengan  bantuan  sensor hall  effect . Kutub  magnet  pada  jalur  / track dideteksi menggunakan  sensor hall  effect ,  kontroler  akan mengatur  polarisasi  kutub  kutub  magnet  pada sarana  untuk  menciptakan  gaya  tarik-menarik  dan tolak-menolak.
Prototyp e kereta maglev menggunakan  sistem  kendali open  loop. Sistem kendali open loop yang digunakan untuk mengatur LIMs dapat dilihat pada Gambar 4 berikut.
Kontroler (NodeMCU ESP 8266) Driver BTS 7960 Coil Pergerakan (Maju / Mundur / Berhenti ) Menekan tombol (Maju/Mundur/Berhenti) Smartphone ( Blynk )
Data
Perintah

## SARANA
Gambar 5 Blok Kendali Pemilihan Mode
Berdasar  Gambar  4  input  dimulai  dari  menekan tombol  perintah  (maju,  mundur,  berhenti)  yang terdapat  pada smartphone yang  sudah  terinstall aplikasi blynk. Selanjutnya  keluaran  dari blynk berupa  data  perintah  yang  akan  diproses  oleh mikrokontroler yang mengatur perubahan polarisasi pada  driver  BTS  7960  untuk  diteruskan  ke  coil. Komposisi  polarisasi  diatur  sehingga  terjadi pergerakan  maju,  mundur  dan  berhenti  sesuai perintah yang dimasukkan. Pembacaan pola kutub-
kutub  magnet  stator  pada  jalur  sebagai  referensi untuk  memberikan  perintah  membalik  pola  kutub- kutub rotor agar terjadi gaya tarik-menarik dan tolak menolak  berikutnya.  Penundaan  waktu  (T) pergantian  pola  pengutuban  merupakan  fungsi pengaturan  frekuensi  (f)  sehingga  pengaturan kecepatan  (v)  dapat  dilakukan  dengan  mengatur waktu tunda pada software Blynk. Pola pengaturan kecepatan dapat dilihat pada Gambar 6 berikut.
Gambar 7 Jalur Prototype Kereta Maglev Gambar 8 Prototype Kereta Maglev NodeMCU ESP 8266 Driver Coil Smartphone ( Blynk ) KECEPATAN (m/s) SARANA INPUT DELAY KECEPATAN Sensor Hall Effect MEDAN MAGNET JALUR Gambar 6 Blok Setting Kecepatan

## 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  kecepatan running LIMs  dilakukan dengan  mengukur  kecepatan  yang  dihasilkan  dari prototype kereta Maglev berdasar  waktu  tempuh pada  jalur  lurus  (56.8  cm)  dan  jalur  lengkung  (85 cm).
Pengujian  kendali  kecepatan  pada  jalur  lurus  dan lengkung di setting dengan frekuensi 2 Hz sampai 20  Hz,  kemudian  dicatat  waktu  tempuhnya. Kecepatan  (v)  yang  dihasilkan  dihitung  berdasar waktu tempuh (t) dari masing – masing jalur. Hasil dari  kecepatan  yang  dihasilkan  ditunjukan  pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil Uji Kendali Kecepatan
NO DELAY (ms)
FREKUENSI (Hz) JALUR LURUS
(56,8 Cm) JALUR LENGKUNG (85 Cm) WAKTU TEMPUH (Detik) KECEPATAN (m/s) WAKTU TEMPUH (Detik) KECEPATAN (m/s) 1 500 2.0 4.00 0.142 11.2 0.076 2 450 2.2 3.64 0.156 10.9 0.078 3 400 2.5 3.55 0.16 10.59 0.080 4 350 2.9 3.25 0.175 10.36 0.082 5 300 3.3 3.00 0.189 10.15 0.084 6 250 4.0 2.80 0.203 9.96 0.085 7 200 5.0 2.62 0.217 9.82 0.087 8 150 6.7 2.30 0.247 9.6 0.089 9 100 10.0 2.15 0.264 9.35 0.091 10 50 20.0 2.00 0.284 8.9 0.096

## Gambar 9 Grafik Frekuensi Vs Kecepatan
Pengujian  kecepatan running LIMs  dilakukan dengan  mengukur  kecepatan  yang  dihasilkan  dari prototype kereta Maglev berdasar  waktu  tempuh pada  jalur  lurus  (56.8  cm)  dan  jalur  lengkung  (85 cm). Uji performa kendali prototype kereta Maglev berjalan  lancar  dan  stabil  di  jalur  lurus  dari  pada jalur  lengkung.  Pada  jalur  lurus  di  semua  kondisi
kecepatan kereta bergerak dengan lancar, sedangkan  pada  jalur  lengkung  mengalamai hambatan  pada  saat  bergerak  karena  mengalami benturan dengan spacer dan sambungan jalur yang terpasang  pada  jalur  lengkung.  Hasil  uji  performa kendali disajikan dalam Tabel 2.

## Tabel 2 Uji Performa Kendali
Kecepatan (m/s) Pengujian Ke - Keterangan 1 2 3 4 5 0.142 Running Running Running Running Running
Jalur lurus Stabil
0.156
Running Running Running Running Running 0.160 Running Running Running Running Running 0.175 Running Running Running Running Running 0.189 Running Running Running Running Running 0.203 Running Running Running Running Running 0.217 Running Running Running Running Running 0.247 Running Running Running Running Running 0.264 Running Running Running Running Running 0.284 Running Running Running Running Running 0.076 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Jalur lengkung Adanya benturan antara magnet sarana dengan spacer pada jalur lengkung sehingga mengganggu pergerakan sarana 0.078 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat 0.080 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat 0.082 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat 0.084 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat 0.085 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat 0.087 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat 0.089 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat 0.091 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat 0.096 Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat Tersendat
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 2,0 2,2 2,5 2,9
3,3 4,0 5,0 6,7 10,0 20,0 K e ce p a ta n ( m /s ) Frekuensi (Hz)

## Kecepatan Jalur Lurus dan Lengkung
Jalur Lurus Jalur Lengkung

## 5 KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  bisa  diambil  adalah  bahwa  hasil dari  perancangan  sistem  kendali prototype kereta Maglev yaitu  menggunakan  NodeMCU  ESP  8266 sebagai pemroses input dan output yang dikendalikan melalui aplikasi blynk pada smartphone dengan  metode wireless meliputi pengaturan  pergerakan  maju,  pemberhentian  serta kecepatan  laju prototype Maglev saat  di  atas jalan rel.  Pengujian  dilakukan  pada prototype kereta Maglev dengan mengendalikan pada jalur lurus dan jalur  lengkung  menggunakan  aplikasi blynk untuk mengukur  waktu  tempuh  dan  kecepatan  serta menguji tombol dan widget yang ada pada aplikasi blynk . Pengujian juga dilkakukan pada sensor hall effect . Berdasarkan hasil pengujian pada prototype Maglev menghasilkan kecepatan rata-rata pada jalur lurus 0.204 m/s dan pada jalur lengkung 0.085 m/s.

## REFERENSI
[1] Menteri  Perhubungan  Republik  Indonesia, “Peraturan  Menteri  Perhubungan  Republik
Indonesia,” Mentri Perhub. Republik Indones. , p. 13, 2018.
[2] A.  B.  Rms  and  E.  Wahyuningsih, “ANALISIS GAYA GESEK DUA BENDA
HOMOGEN
SEBAGAI SUMBER ENERGI  (STUDI  KASUS:  GESEKAN RODA  KERETA  LISTRIK  DENGAN
REL),” J. Tek. dan Inform. , vol. 1, no. 1, pp. 41–51, 2021.
[3] N.  K.  Nur et  al. , Sistem  Transportasi . Yayasan Kita Menulis, 2021.
[4] W.  Fadlun,  A.  I.  Cahyadi,  and  O. Wahyunggoro,  “Kendali  Sistem  Magnetic
Levitation Menggunakan Metode Feedback Linearization,” Kendali Sist. Magn. Levitation  Menggunakan  Metod.  Feed. Linearization ,  vol.  1,  no.  1,  pp.  222–226, 2016.
[5] H. Mudia and P. Panam, “Adaptif STR-PID Untuk  Pengendalian  Posisi  Pada  Magnetic Levitation  Ball,” INOVTEK-Seri  Elektro , vol. 2, no. 1, pp. 19–28, 2020.
[6] R.  K.  Desita,  “Revolusi  Perkembangan Magnet  Pada  Sarana  Transportasi  Kereta Api  Dengan  Menggunakan  Teknologi Maglev  (Magnetic  Levitation),” Univ.
Muhammadiyah Sidoarjo , 2018.
[7] A.  Priyanto,  “Sistem  Kendali  Posisi
Magnetic  Levitation  Ball  Menggunakan Metode Sliding Mode Control (Smc),” Appl. Technol.  Comput.  Sci.  J. ,  vol.  1,  no.  1,  pp. 39–51, 2018.
[8] P.  K.  Sinha,  “Design  of  a  magnetically levitated vehicle,” IEEE Trans. Magn. , vol. 20,  no.  5,  pp.  1672–1674,  1984,  doi: 10.1109/TMAG.1984.1063552.
[9] N.  N.  NOVIHANTORO  and  D.  B. WIBOWO,  “Perancangan  Model  Kereta Maglev  Skala  Laboratorium.”  Mechanical Engineering  Departement  of  Diponegoro University, 2011.
[10] H. W. Lee, K. C. Kim, and J. Lee, “Review of Maglev train technologies,” IEEE Trans. Magn. , vol. 42, no. 7, pp. 1917–1925, 2006, doi: 10.1109/TMAG.2006.875842.
[11] R.  F.  Post  and  D.  D.  Ryutov,  “The inductrack: A simpler approach to magnetic lévitation,” IEEE  Trans.  Appl.  Supercond. , vol. 10, no. 1, p. 901904, 2000.
[12] R.  Palka  and  K.  Woronowicz,  “Linear induction motors in transportation systems,” Energies , vol. 14, no. 9, p. 2549, 2021.
[13] J. Sembiring, “Jurnal Penelitian Transportasi Darat,” J. Chem. Inf. Model. , vol. 53, no. 9, pp. 1689–1699, 2013.
[14] D.  Gupta,  S.  K.  Suman,  and  A.  Kumar, “Optimal  and  Suboptimal  Control  Design Strategy  for  the  Maglev  System,”  in 2019 3rd  International  Conference  on  Trends  in Electronics and Informatics (ICOEI) , 2019, pp. 999–1002.
[15] D.  Isi,  “DASAR  SISTEM  KONTROL  EE- 3133  Oleh :  BASUKI  RAHMAT  Jurusan Teknik Elektro SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELEKOMUNIKASI BANDUNG-2004,” 2004. [16] E.  Nugroho,  “Magnetic  Levitation  dengan Pengendali Logika Fuzzy Berbasis
Mikrokontroler ATMEGA8,” 2007. [17] B.  W.  T.  Winarto  and  P.  W.  Rusimamto,
“RANCANG BANGUN SISTEM
LEVITASI  MAGNET  MENGGUNAKAN
KONTROL PID,” J. Tek. ELEKTRO , vol. 8, no. 1, 2019.
[18] M. A. Lukmana et al. , “Structural Design of
Levitated Train Prototype With Electromagnetic,” 2015. [19] M.  A.  Lukmana,  “Rancang  Bangun
Purwarupa  Kereta  Melayang  Magnetik Dengan Penggerak Elektromagnet.” Institut
Teknologi Sepuluh Nopember, 2015.
[20] K. A. Lilienkamp and K. H. Lundberg, “for Teaching  Feedback  System  Design,”  pp. 1308–1313, 2004.
[21] H. W. Cho, C. H. Kim, J. M. Lee, and H. S.
Han, “Design and characteristic analysis of small scale magnetic levitation  and propulsion system for maglev train application,” 2011  Int.  Conf.  Electr.  Mach. Syst. ICEMS 2011 , 2011, doi: 10.1109/ICEMS.2011.6073910.