Sistemas I/O de automatización de proceso: tendencias de mercado, descentralización y conectividad de campo basada en Ethernet

Definiciones clave

• NOA (Namur Open Architecture) – Desarrollado por la User Association of Automation Technology (NAMUR), NOA añade un canal de comunicación paralelo (inalámbrico, Bluetooth, 4G/5G, etc.) a instrumentos existentes, permitiendo capturar "datos atrapados" sin interrumpir señales de control primarias.
• Ethernet – APL™ (Advanced Physical Layer) – Esfuerzo conjunto de fabricantes y OPC, este estándar emergente lleva conectividad Ethernet a instrumentos de campo, soportando largos tendidos de cable y seguridad intrínseca para potencia y datos sobre un solo par.
• OPC UA (Unified Architecture) – El protocolo abierto, agnóstico de plataforma de la OPC Foundation que facilita comunicación segura e interoperable máquina‑a‑máquina.
• MTP (Module Type Packages) – El estándar en evolución de NAMUR que proporciona un lenguaje universal para describir características de módulos, permitiendo integración sin fisuras entre fabricantes.

Tamaño de mercado y principales actores

El mercado global de sistemas I/O de proceso se valora en poco más de 3.000 millones de $, creciendo a una CAGR de aproximadamente 3,7 % (fuente: informes de industria). Los principales vendedores ostentan las siguientes cuotas:

• Siemens – 14 %
• ABB – 10 %
• Honeywell – 9 %
• Rockwell Automation – 8 %

Tendencias actuales en automatización de proceso I/O

• Descentralización – Estaciones I/O remotas en campo reducen complejidad de cableado y mejoran resiliencia del sistema.
• Declive de fieldbuses tradicionales – Cablear sensores directamente a tarjetas terminales I/O elimina armarios de cableado cruzado.
• I/O Universal (Late‑Binding) – Módulos configurables permiten entrega rápida de sistemas y cableado de campo en fase tardía.
• Sensores inteligentes – Datos de mayor resolución soportan control avanzado, diagnóstico remoto y gestión de activos.
• Conectividad de campo basada en Ethernet – PROFINET y Ethernet – APL™ lideran el cambio hacia comunicación determinista de alta velocidad.

Resultados de encuesta en LinkedIn (comunidad Automatización) confirman que estaciones I/O remotas son la prioridad principal, mientras I/O universal quedó peor valorado entre Ingenieros de Instrumentación e integrantes de ISA. El uso de fieldbus inesperadamente sigue siendo el segundo favorito entre grupos.

• 

• 

• 

Por qué los fieldbuses de planta están decayendo

La descentralización ha impulsado largo tiempo el uso de fieldbuses, sin embargo su adopción ha menguado. En el sector oil & gas, por ejemplo, ingenieros ahora justifican elegir 4‑20 mA HART convencional sobre Foundation Fieldbus (FF) porque:

• Los ahorros de coste por cableado reducido son mínimos en áreas peligrosas.
• Instalaciones fieldbus a menudo implican puestas a tierra, grounding y soporte técnico complejos.
• Canales de datos paralelos (p. ej., NOA) y HART ya proporcionan diagnóstico remoto y gestión de activos.

Soluciones inalámbricas ganan tracción para mediciones de bajo escaneo y no control, pero los requisitos de potencia pueden compensar ahorros de cableado.

PROFIBUS: el fieldbus que sobrevive

PROFIBUS sigue siendo popular fuera de oil & gas, alimentando centros de control de motores y variadores de velocidad. Su evolución a PROFINET ofrece velocidades Ethernet deterministas, haciéndolo ideal para I/O remoto.

El auge (y límites) del I/O Universal

Mientras la descentralización impulsa I/O remoto, los módulos universales se despliegan cada vez más en salas de control principales por vendedores DCS. Beneficios incluyen:

• Tiempos de entrega reducidos y cableado de campo más temprano.
• Flexibilidad para reconfigurar I/O tarde en el ciclo de vida del proyecto.

Sin embargo, los sistemas universales enfrentan restricciones:

• Soporte limitado para diversos tipos de I/O (seguridad intrínseca, redundancia, SIL, aislamiento galvánico).
• Coste por canal superior comparado a módulos dedicados.
• Menor densidad (55–140 I/O/m) versus I/O fijo (400–500 I/O/m).

Rentabilidad: I/O fijo vs. universal

Módulos fijos de alta densidad son a menudo más económicos, especialmente cuando se instalan remotamente para reducir cableado de planta y huella. Combinar I/O dedicado con backplane universal puede ofrecer lo mejor de ambos mundos.

Ejemplo: Siemens ET200SP HA I/O soporta hasta 896 señales en un solo armario. Puede enchufarse en un backplane genérico para reconfiguración de último minuto, mientras una tarjeta configurable de 16 canales maneja el 10 % final de cambios.

Armario de Conexión Directa: 56 Módulos I/O (hasta 896 I/O), 800 × 2000 mm (An × Al)

Características clave

• Acceso por un lado, 400 mm profundidad
• Temperatura ambiente -20 °C – +40 °C
• 120/230 V AC potencia redundante
• Conexión directa hasta 2,5 mm²
• PROFINET sobre cobre o fibra
• Soporta hasta 56 cables de campo (20 mm diámetro)

1 - Infeed MCB and RCB
2 - AC/DC SITOP PSU 8200 40A (Siemens, 6EP3334‑8SB00‑0AY0)
3 - Redundancy module SITOP PSE202U (Siemens, 6EP1961‑3BA21)
4 - Power distribution & cartridge fusing
5 - Optional hardware (e.g., SCALANCE XC206‑2‑SFP, Siemens, 6GK5 206‑2Bs00‑2AC2)
6 - T 200SP HA with interface module and bus adapter
7 - Spare wire & ground terminals
8 - Cable fixation & shielding profile
9 - Cable duct 

EPCs y I/O Late‑Binding

Empresas de Ingeniería, Adquisiciones y Construcción (EPC) favorecen late‑binding porque se alinea con la secuencia típica de proyecto: la instrumentación se finaliza tras tuberías, mecánica y diseño de proceso. Desacoplar hardware de software permite configuración temprana de DCS y despliegue rápido en campo.

Conectividad de campo basada en Ethernet

Sensores inteligentes conectan cada vez más directamente a Ethernet, reduciendo necesidad de buses I/O separados. PROFINET y próximas soluciones Ethernet – APL™ entregan enlaces deterministas de alta velocidad adecuados para I/O remoto e acceso a instrumentos individuales.

Soluciones Universal Plug‑and‑Produce

La Siemens Compact Field Unit (CFU) ejemplifica este enfoque. Usando PROFINET (o pronto Ethernet – APL™), distribuye remotamente hasta ocho instrumentos PROFIBUS PA, reconociendo automáticamente cada puerto. Esto mejora flexibilidad, reduce cableado y revitaliza la adopción de PROFIBUS PA.

De instrumentos a MTP: una visión unificada

Los instrumentos inteligentes están evolucionando hacia paquetes modulares. El MTP de NAMUR ofrece descripción estandarizada para proyectos green‑field, mientras NOA proporciona el canal de comunicación paralelo necesario para sitios brown‑field. Juntos allanan el camino para un panorama de automatización sin fisuras basado en OPC UA.

MTP Modular Automation y NOA NAMUR Open Architecture son Complementarios

Conclusiones

1. La descentralización sigue dominando, pero el declive de fieldbuses y el auge de I/O universal ilustran matices de la industria.
2. Foundation Fieldbus ve adopción reducida por complejidad técnica y problemas legacy.
3. PROFIBUS prevalece fuera de oil & gas, largely por su integración en sistemas eléctricos.
4. EPCs prefieren late‑binding I/O para acelerar entrega y cableado temprano.
5. I/O fijo de alta densidad es a menudo más rentable y eficiente en espacio que soluciones universales.
6. Todos los enfoques —I/O remoto fijo, módulos universales, NOA y Ethernet – APL™— coexistirán en el futuro previsible; la estrategia dominante emergerá con el tiempo.

Manténganse atentos mientras evoluciona el ecosistema de automatización.