## Desain Sistem Kontrol Traffic Light Adaptif pada Empat Persimpangan Berbasis PLC Omron CP1E
1 Eka Nurhidayat, Alfin Indra Septiana, Andhy Nursyah Putra, Ady Syaripudin,
2 Dede Irawan Saputra
Jurusan Teknik Elektro, Universitas Jenderal Achmad Yani, Kota Cimahi, Imdonesia
1 e-mail:ekanurhidayat09@gmail.com
2 e-mail:dedeirawanputra@gmail.com
Abstrak—Lampu lalu lintas yang ada saat ini masih menggunakan waktu tetap sebagai pengendali nyala  lampunya.  Namun  sistem  ini  memiliki  kekurangan,  salah  satunya  pada  jam  sibuk  kendaraan harus menunggu lama disalah satu jalur. Sehingga diperlukan suatu sistem kontrol traffic light yang dapat memprioritaskan jalur yang lebih padat kendaraan. Kontrol traffic light adaptif bekerja dengan mendeteksi  jumlah  antrian  kendaraan  pada  suatu  jalur.  Sistem  ini  bekerja  dengan  sensor  yang mendeteksi panjang antrian kendaraan. Terdapat tiga sensor yang akan mendeteksi panjang antrian kendaraan  pada  setiap  jalur.  Jika  antrian  kendaraan  mencapai  sensor  pertama  maka  waktu  yang diberikan  pada  lampu  hijau  adalah  5  detik  lebih  lama  dari  waktu  normal  pada  jalur  tersebut.  Jika antrian kendaraan mencapai sensor kedua maka waktu yang diberikan pada lampu hijau adalah 10 detik  lebih  lama  dari  waktu  normal  dan  jika  antrian  kedaraan  telah  mencapai  sensor  ketiga  sistem akan memberikan waktu nyala lampu hijau sangat lama yaitu 15 detik lebih lama dari waktu normal. Pada sistem kontrol traffic light adaptif ini terdapat dua buah sensor kemacetan yang diletakkan pada pertengahan jalur persimpang empat yang akan menghidupkan seluruh lampu merah jika terjadi hal yang  tidak  diinginkan  seperti  saat  terjadinya  kecelakaan  di  tengah  persimpangan.  Dengan  sistem kontrol  lampu  lalu  lintas  adaptif  ini  waktu  terlama  antrian  kendaraan  adalah  81  detik,  jika  seluruh sensor pada setiap jalur bekerja dan waktu tercepat adalah 45 detik yaitu waktu pada saat normal.
Kata Kunci:  Lampu Lalu Lintas Adaptif, PLC Omron CP1E, Sensor Kemacetan.
Abstract-Traffic lights that are currently still use the fixed time as the controller lights. However, this system has shortcomings, one of which during rush hour the vehicle must wait long one path. So we need a traffic light control system that can prioritize the more crowded vehicles. Adaptive traffic light control  works  by  detecting  the  number  of  queues  of  vehicles  on  a  path.  This  system  works  with sensors that detect the length of the vehicle queue. There are three sensors that will detect the length of  the  queue  of  vehicles  on  each  path.  If  the  vehicle  queue  reaches  the  first  sensor  then  the  time given  on  the  green  light  is  5  seconds  longer  than  the  normal  time  on  the  line.  If  the  vehicle  queue reaches the second sensor then the time given on the green light is 10 seconds longer than normal time and if the queue has reached the third sensor the system will give a very long green flame time 15  seconds  longer  than  normal  time.  In  this  adaptive  traffic  light  control  system  there  are  two congestion  sensors  placed  in  the  middle  of  the  four  intersection  lanes  that  will  turn  on  all  the  red lights in the event of undesirable events such as the occurrence of an accident at the center of the intersection. With this adaptive traffic light control system the longest time of the vehicle queue is 81 seconds, if all the sensors on each track work and the fastest time is 45 seconds ie time at normal time.
Keywords: Adaptive Traffic Light, PLC Omron CP1E, Traffic Sensor.

## 1 Pendahuluan
Pada  umumnya,  traffic  light  menggunakan  sistem  waktu  tetap.  Kendaraan  pada  sebuah jalur  dapat  berjalan  jika  waktu  yang  diberikan  telah  mencapai  batas  waktu  tunggu  yang ditentukan. Sistem tersebut memiliki kekurangan, karena jumlah kendaraan yang melewati suatu jalur menuju persimpangan bervariasi terhadap waktu. Sehingga pada jam-jam sibuk kedaraan  harus  menunggu  lama  pada  satu  jalur,  sementara  jalur  lain  tidak  dan  bahkan kadang-kadang ada jalur yang tidak ada kendaraan sama sekali.
Untuk mengatasi hal ini diperlukan suatu sistem yang dapat memberikan waktu lebih lama pada suatu jalur menurut tingkat kepadatan kendaraan. Banyak sistem pengontrolan traffic light  fleksibel  yang  telah  dirancang.  Salah  satunya  adalah  pengendalian  traffic  light mengunakan  media  RF.  Sistem  komunikasi  yang  dibuat  dengan  komputer  akan mengirimkan  data  sebagai  perintah  yang  dilakukan  ke  mikrokontroler  AT89C51  melalui media  HT  (Handy  Talky).  Data  yang  diterima  oleh  mikrokontroler  merupakan  data  untuk mengatur mode pada nyala lampu traffic light [1].
Selain  itu,  telah  ada  sistem  pengatur  lampu  lalu  lintas  yang  dikendalikan  dari  jarak  jauh. Sistem  ini  bekerja  menggunakan  kamera  video  untuk  memonitor  arus  lalu  lintas  melalui gambar  bergerak.  Gambar  tersebut  akan  dikirim  oleh  transmitter  pada  traffic  light  ke receiver dipusat pengendali melalui Ultra Hight Frequency (UHF). Operator akan mengubah lama nyala lampu pada traffic light sesuai dengan pengamatan yang dilakukan dari kamera video.  Mikrokontroler  mengeksekusi  data  dan  mengirimkan  konfirmasi  berupa  data  yang sama ke komputer [2].
Penelitian pengontrolan traffic light mengunakan PLC yang pernah lakukan adalah dengan sistem sensor yang dipasang pada badan jalan untuk mendeteksi ada tidaknya kendaraan. Sistem  ini  memiliki  beberapa  kondisi  diantaranya  kondisi  normal  yang  memiliki  phase dimana  lampu  merah  dan  hijau  disetiap  phase  memiliki  perbedaan  waktu.  Pada  kondisi otomatis  sistem  bekerja  dalam  4  kondisi  yaitu:  kondisi  kosong,  kondisi  padat,  kondisi prioritas, dan kondisi emergency [3].
Selanjutnya,  sistem  pengontrolan  traffic  light  secara  otomatis  [4].  Sistem  traffic  light otomatis ini berbasis mikrokontroler AT89C51 sebagai pengontrol sistem utamanya. Sistem ini berkerja dengan menggunakan sensor yang dipasang disisi persimpangan jalan. Sensor ini digunakan untuk mendeteksi banyaknya kendaraan yang mengantri pada persimpangan traffic  light.  Sistem  ini  juga  dilengkapi  dengan  sensor  yang  mendeteksi  kemacetan  yang diakibatkan kecelakaan.
Sistem  tersebut  memiliki  kelemahan,  sinyal  kontrol  yang  di  keluarkan  oleh  mikrokontroler sangat lemah untuk bisa menghidupkan lampu traffic light yang sebenarnya. Oleh  karena itu,  penulis  merancang  suatu  sistem  kontrol  traffic  light  adaptif  berbasis  PLC.  Output  dari PLC dapat langsung dihubungkan ke lampu traffic light sebenarnya.
Selanjunya  pada  bagian  2  akan  dijelaskan  teori-teori  pendukung  dalam  penulisan penelitian  ini.  Bagian  3  menjelaskan  perancangan  sistem  traffic  light  adaptif  yang digunakan  pada  penelitian  ini.  Hasil  dan    pembahsan  disajikan  pada  bagian  4.  Bagian  5 menampilkan kesimpulan.

## 2 PEMBAHASAN

## 2.1 Dasar Teori
Berikut akan disajikan beberapa teori pendukung dalam penelitian ini, seperti teori tentang traffic light dan PLC Omron.
a. Traffic Light
Traffic  light  adalah  sebuah  alat  pengendali  arus  lalu  lintas  menggunakan  lampu  yang dipasang pada persimpangan jalan. Tujuannya untuk mengatur arus lalu lintas pada setiap persimpangan agar dapat berjalan secara teratur dan tidak saling bertabrakan.[5]
Lampu  lalu  lintas  atau  traffic  light  dikenal  pertama  kali  pada  tahun  1868.  Sistem menggunakan  gas  yang  dipasang  di  Westminter  Inggris.  Kemudian  pada  tahun  1918  di New  York,  dengan  format  merah,  kuning,  hijau  yang  dioperasikan  secara  manual.  Pada tahun  1926  dilakukan  operasi  lampu  secara  semi  otomatis  di  wolverhampton  Inggris. Secara  garis  besar  traffic  light  digunakan  sebagai  pengatur  arus  lalu  lintas,  mencegah kemacetan  di  persimpangan,  memberikan  kesempatan  kepada  kendaraan  lain/  pejalan kaki dan meminimalisasi konflik kendaraan [5].
Saat  ini  pegaturan  lampu  lalu  lintas  yang  digunakan  masih  menggunakan  sistem standalone. Dimana lama waktu nyala lampu hijau dan merah di atur secara konstan atau waktu tetap. Sehingga sistem ini tidak sesuai dengan kondisi yang terjadi pada lalu lintas yang volume kendaraan bervariasi setiap waktu. Sistem traffic light ini tidak bersifat adaptif [6]. Traffic light bersifat adaptif adalah waktu lamanya kendaraan menunggu dapat berubah sesuai dengan tingkat kepadatan pada masing-masing jalur [7].
b. PLC Omron CP1E
PLC  Omron  memiliki  memori  seperti  internal  relay,  spesial  relay,  data  memori  dan komponen lainnya. Pengalamatan pada PLC Omron menggunakan bilangan heksadesimal, perhitungan  di  mulai  dari  0  sampai  F.  Pada  umumnya  PLC  Omron  untuk  alokasi  alamat yang  berhubungan  langsung  pada  terminal  input  modul  menggunakan  awalan  0, sedangkan untuk alokasi alamat yang berhubungan langsung pada terminal output modul menggunakan awalan angka 100.
Omron CP1E merupakan salah satu jenis PLC  buatan yang berbentuk modular. Komponen- komponen  sistem  S7-300  disusun  dari  beragam  komponen  modular.  Adapun  komponen- komponen tersebut meliputi :
1. Peripheral USB port
2. Central processing unit (CPU)
3. Operation indicators
4. Power supply, ground, and input terminal block
5. Input indicators
6. Option board slot
7. Expansion I/O unit connector
8. Output indicators
9. External power supply and output terminal block
Pemrograman pada PLC Omron CP1E menggunakan bahasa pemrograman Ladder Diagram (LAD)[8].

## B. Perancangan Sistem

## 1. Blok Diagram Sistem
Gambar 1 merupakan blok diagram jalannya sistem. Sensor inframerah akan mendeteksi adanya kendaraan disetiap jalur. Output dari sensor kemudian akan dikirimkan ke PLC dan untuk  mengolah  data  yang  kemudian  diteruskan  ke  setiap  jalur  dan  mengatur  penyalaan LED sebagai penanda lampu lalu.

## Gambar 1 blok diagram perancangan sistem

## 2. Perancangan Sistem Kerja
Adapun sketsa perancangan sistem yang dirancang dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar tersebut  memperlihatkan  semua  sensor  yang  dipasang  pada  setiap  jalur.  Setiap  jalur dipasang  tiga  buah  sensor.  Sensor-sensor  ini  akan  mendeteksi  tingkat  kemacetan  dari setiap  jalur.  Sistem  juga  dilengkapi  dengan  sensor  di  tengahtengah  persimpangan  untuk mendeteksi kemacetan total di persimpangan.

## Gambar 2 sketsa perencanaan traffic light adaptif
Deskripsi pengaturan traffic light dapat dilihat pada diagram Gambar 3 Pengaturan traffic light  dibagi  dalam  tiga  tingkatan,  yaitu  sistem  normal,  sistem  sensor  (sistem  kepadatan) pada jalur dan kemacetan total. Jika sistem beroperasi pada keadaan normal, maka tidak ada prioritas terhadap jalur-jalur tertentu. Ketika sistem beroperasi pada mode kemacetan
total,  semua  jalur  ditutup.  Artinya  semua  kendaraan  tidak  diperbolehkan  melewati persimpangan.
Sistem kepadatan (sistem sensor) dibagi menjadi tiga sub sistem, yaitu kepadatan tingkat 1,  kepadatan  tingkat  2  dan  kepadatan  tingkat  3.  Tiga  buah  sensor  yang  dipasang  pada masing-masing  jalur  digunakan  untuk  menentukan  tingkat  kepadatan  kendaraan  yang mengantri.

## Gambar 3 diagram alir jalannya pengaturan traffic light

## 3. Perancangan Perangkat Keras
Pada sistem ini, PLC Omron digunakan sebagai perangkat utama pengendalian lampu lalu lintas. Sistem ini memiliki 14 sensor pengatur kepadatan lalu lintas, yaitu 12 sensor pada keempat jalur dan 2 pada pertengahan traffic light serta 12 lampu traffic light.
Gambar  4  memperlihatkan  rangkaian  hubungan  sensor,  lampu  LED  dengan  PLC.  Sumber tegangan  berasal  dari  power  supply  PLC.  Khusus  pada  rangkaian  infrared  di  gunakan  IC regulator LM7805 untuk menurunkan tegangan sumber 24 Volt DC menjadi 5 Volt DC.
Sistem bekerja bila antara infrared dan photodioda terhalang kendaraan. C9013 berfungsi sebagai saklar, jika rangkaian infrared bekerja C9013 akan mengirimkan sinyal ke PLC. Jika tidak  ada  sinyal  dari  rangkaian  infrared,  maka  PLC  akan  menjalankan  sistem  nomal,  jika PLC menerima sinyal dari infrared, PLC akan menjalan sistem kepadatan atau kemacetan total. LED berfungsi sebagai indikator Traffic Light. DI (digital input) dan DO (digital output) digunakan sebagai penghubung antara hardware ke software / program.

## Gambar 4 rangkaian sistem pada suatu jalur

## Gambar 5 Perangkat keras sistem lampu lalu lintas

## 4. Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan program pengaturan traffic light sistem normal dimulai dengan lampu merah menyala pada semua jalur beberapa detik. Kemudian, lampu hijau menyala (lampu merah pada  jalur  tersebut  padam)  pada  salah  satu  jalur.  Setelah  lampu  hijau  mati,  maka  lampu kuning  akan  menyala.  Akhirnya  lampu  merah  akan  hidup  kembali,  setelah  lampu  kuning padam. Kemudian sistem akan berulang pada jalur berikutnya.
Pada sistem kepadatan, lampu hijau pada jalur-jalur yang antrian kendaraannya mencapai sensor  akan  hidup  lebih  lama  sesuai  dengan  jumlah  sensor  yang  aktif.  Sedangkan  pada
sistem kemacetan total akan menghidupkan seluruh lampu merah pada semua jalur. Tabel 1 menunjukan waktu yang diprogam untuk setiap sistem.
Tabel 1 rancangan waktu pengaturan traffic light Lampu
Waktu yang dialokasikan
Normal Sistem Kepadatan Kemacetan
Total Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor Kemacetan Merah 7 Detik - - - Tidak terbatas Kuning 1 Detik - - - - Hijau 7 Detik 12 Detik 17 Detik 22 Detik -
Gambar 6 diagram ladder traffic light
Start
PB   Start   Input PB   Stop   Input Lampu   Merah   1-­‐4   Output Lampu   Kuning   1-­‐4   Output Lampu   Hijau   1-­‐4   Output
PB   Start   0.00 PB   Stop   0.01 Lampu   Merah   1   100.03 Lampu   Kuning   1   100.02 Lampu   Hijau   1   100.01 Lampu   Merah   2   100.06 Lampu   Kuning   2   100.05 Lampu   Hijau   2   100.04 Lampu   Merah   3   100.09 Lampu   Kuning   3   100.08 Lamou   Hijau   3   100.07 Lampu   Merah   4   100.12 Lampu   Kuning   4   100.11 Lampu   Hijau   4   100.10
PB   1   Ditekan   ? Lampu Tidak Menyala Tidak Ya 1
1 Timer   0000   On 7   Detik
Lampu Hijau   1   On 7   Detik Lampu   Kuning 1   On 3   Detik Timer   0001   On   3 Detik Lampu Merah   1   On 21   Detik 2 2
Gambar 7 diagram alir jalannya traffic light pada pada jalur 1
Pada  sistem  normal,  lampu  merah  akan  menyala  selama  7  detik,  lampu  hijau  selama  7 detik dan lampu kuning selama 1 detik. Setelahnya sistem akan mematikan lampu merah dan menghidupkan lampu hijau pada jalur berikutnya.
Tabel  1  juga  memperlihatkan  bahwa  pada  sistem  kepadatan,  lampu  hijau  menyala  lebih lama.  Jika  hanya  sensor  1  yang  aktif,  maka  waktu  penyalaan  lampu  hijau  bertambah selama 5 detik. Jika sensor 1 dan sensor 2 yang aktif, waktu tambahan adalah 10 detik dan jika  semua  sensor  pada  suatu  jalur  aktif  akan  membuat  lampu  hijau  menyala  lebih  lama lagi (15 detik).
Sistem  kepadatan  bergantung  pada  jumlah  sensor  yang  aktif.  Berikut  adalah  kriteria pengaktifan suatu sensor.
1. Sensor  1  akan  aktif  bila  terhalang  kendaraan  secara  berterusan  selama  5  detik  atau lebih.
2. Sensor 2 akan aktif jika kendaraan telah menghalangi sensor selama 5 detik berterusan dan sensor 1 masih aktif.
3. Sensor  3  akan  aktif  jika  kendaraan  telah  menghalangi  sensor  selama  dari  5  detik berterusan dan sensor 1 serta sensor 2 masih aktif.
Jika Sensor kemacetan total aktif, akan menghidupkan semua lampu merah. Sensor ini akan  bekerja  apabila  ada  kendaraan  berhenti  pada  pertengahan  persimpangan  sehingga menghalangi  kedua  sensor  yang  dipasang  pada  pertengahan  simpang  selama  1  menit berterusan.  Sensor  tersebut  akan  non  aktif  kembali  jika  tidak  lagi  terhalang  secara berterusan selama 30 detik.

## C. Hasil Dan Pembahasan
1. Perhitungan Waktu Tunggu Sistem Normal
Jika  sistem  sedang  beroperasi  secara  normal,  maka  lamanya  waktu  tunggu  dari  sebuah kendaraan yang mengantri adalah sebagai berikut: 3 x Time hijau + 3 x Time kuning + 4 x Time merah bersamaan 3 x 7 detik + 3 x 1 detik + 4 x 7 detik = 45 detik Dari  perhitungan  diatas  dapat  terlihat  lamanya  waktu  kendaraan  menunggu  giliran  lampu hijau adalah selama 45 detik pada saat sistem normal bekerja.

## 2. Perkiraan Waktu Tunggu Sistem Kepadatan
Pada mode kepadatan, ketika sebuah sensor pada suatu jalur atau lebih aktif, maka waktu tunggu  kendaraan  akan  bertambah  lama.  Waktu  tambahan  yang  diberikan  jika  hanya sebuah sensor yang  aktif adalah 5 detik.
Jika hanya sebuah sensor yang aktif (dalam hal ini sensor 1 pada jalur mana saja), maka waktu  tunggu  akan  bertambah  selama  lima  detik  menjadi  50  detik.  Waktu  tunggu  paling lama  dicapai  ketika  kondisi  semua  sensor  pada  jalur  selain  jalur  pengantri  aktif.  Ini  akan memberikan  tambahan  waktu  selama  3  x  12  detik  =  36  detik,  atau  total  waktu  tunggu adalah 45 detik + 36 detik = 81 detik.
Waktu tunggu dari suatu kendaraan akan berbeda tergantung kepada jalur pengantri dan jumlah  sensor  yang  aktif  pada  jalur-jalur  selain  jalur  pengantri.  Berikut  adalah  contoh estimasi perhitungan lamanya waktu tunggu.
Kondisi jalur 1, sensor 1 aktif Kondisi jalur 2, sensor 1 dan sensor 2 aktif Kondisi jalur 3, tidak ada sensor yang aktif Kondisi jalur 4, sensor 1, sensor 2 dan sensor 3 aktif Waktu tunggu kendaraan:
Pada jalur 1 = 45 detik + 5 x 5 detik = 70 detik Pada jalur 2 = 45 detik + 4 x 5 detik = 65 detik Pada jalur 3 = 45 detik + 6 x 5 detik = 75 detik Pada jalur 4 = 45 detik + 3 x 5 detik = 60 detik

## 3. Waktu Tunggu Sistem Kemacetan Total
Ketika  sistem  ini  bekerja,  semua  lampu  merah  akan  menyala.  Artinya  semua  kendaraan yang  mengantri  tidak  diperbolehkan  melewati  persimpangan.  Kendaraan  baru  boleh melewati persimpangan ketika sistem ini non aktif (kembali ke sistem normal atau sistem kepadatan).
Lamanya waktu tunggu kendaraan ketika sistem kemacetan total aktif tidak ditentukan. Hal tersebut tergantung kepada kondisi kemacetan di persimpangan. Jika oleh suatu hal (misal terjadi  trabrakan  kendaraan)  kemacetan  baru  teratasi  setelah  satu  jam,  maka  selama  itu pula kendaraan harus menunggu.
Dalam desain ini tidak menggunakan jenisjenis lampu yang sesungguhnya digunakan pada traffic  light  yang  telah  dipakai.  Lampu  yang  digunakan  adalah  LED,  hal  ini  untuk memudahkan pengujian hardware. Selain itu, penggunaan lampu sesungguhnya tidak akan mengubah desain program yang telah dirancang .

## 3 KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang didapatkan pada penelitian ini adalah:
1. Sistem  kontrol  traffic  light  adaptif  dirancang  bekerja  berdasarkan  sensor-sensor  yang terpasang pada jalur-jalur dan persimpangan.
2. Sistem  dirancang  untuk  beroperasi  pada  tiga  kondisi,  yaitu:  sistem  normal,  sistem kepadatan dan sistem kemacetan total.
3. Waktu  tunggu  minimal  kendaraan  pada  suatu  jalur  adalah  45  detik  dan  waktu  tunggu maksimum kendaraan pada suatu jalur adalah  81 detik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Tjia May On, Mardjoko Pono Budi, Martanto Nato , Sistem Pengaturan  Lampu Lalu Lintas  Secara Sentral dari Jarak Jauh, Jurnal Teknik Elektro,Vol. 9, No. 27, 71-78, Oktober 2007
[2] Handry  Khoswanto,  Lim  Resmana,  Ling  Budy  Lie  Sin, Traffic  Light  Controller Menggunakan Media RF , Jurnal Teknik Elektro, Vol.5, No.1, 25-31, 2005
[3] Afit Al-Farit, Rachmadi, M. Febrian Masum, M. Anwar, Wibowo Adi, Jatmika Wisna, 12 November  2011, Implementasi  Prototipe  Sistem  Pengaturan  Lampu  Lalu  Lintas Terdistribusi  Dengan  Optimasi  Pengenalan  Dan  Penjejakan  KendaraanBerbasis Pemrosesan Video , KNS & I11-039
[4] Zulfikar,  Tarmizi  dan  Agus  Adria, Perancangan  Pengontrolan  Traffic  Light  Otomatis , Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 9, No. 3, April 2011
[5] Andalia, Susiana, Perancangan Prototif Traffic Light Berbasis Mikrokontroler AT89S52 , Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara, Medan,
2005
[6] Kurniawan,  Iwan  Y.  S.,  2012, Prototype  Traffic  Light  Adaptif  untuk  Pertigaan  Ruas Jalan  Berbasis  Programmable  Logic  Controller  (PLC)  Omron ,  Jurusan  Teknik
Elektronika, Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta, 2012
[7] Wicaksono, Handy, Programmble Logic Controller: Teori, Pemograman dan
Aplikasi Otomatis Sistem , Graha Ilmu, Yogyakarta, 2009
[8]    OMRON Corporation, 2009. SYSMAC CP1L/CP1E Introduction Manual . OMRON.