Sistemas I/O de Automação de Processo: Tendências de Mercado, Descentralização e Conectividade de Campo Baseada em Ethernet

Definições-chave

• NOA (Namur Open Architecture) — Desenvolvido pela Associação de Usuários de Tecnologia de Automação (NAMUR), NOA adiciona canal de comunicação paralelo (sem fio, Bluetooth, 4G/5G, etc.) a instrumentos existentes, permitindo captura de "dados isolados" sem interromper sinais de controle primários.
• Ethernet – APL™ (Advanced Physical Layer) — Esforço conjunto de fabricantes e OPC, este padrão emergente traz conectividade Ethernet a instrumentos de campo, suportando longos cabos e segurança intrínseca para potência e dados sobre um único par.
• OPC UA (Unified Architecture) — Protocolo aberto, agnóstico de plataforma da OPC Foundation que facilita comunicação máquina-a-máquina segura e interoperável.
• MTP (Module Type Packages) — Padrão em evolução da NAMUR que fornece linguagem universal para descrever características de módulos, permitindo integração perfeita entre fabricantes.

Tamanho do Mercado e Principais Players

O mercado global de sistemas I/O de processo é avaliado em pouco mais de US$ 3 bilhões, crescendo a CAGR de aproximadamente 3,7% (fonte: relatórios da indústria). Principais fornecedores detêm as seguintes participações de mercado:

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

Tendências Atuais em Automação de Processo I/O

• Descentralização — Estações I/O remotas no campo reduzem complexidade de cabeamento e melhoram resiliência do sistema.
• Queda de Fieldbuses Tradicionais — Ligar sensores diretamente a placas terminais I/O elimina gabinetes de cruzamento de fiação.
• I/O Universal (Late-Binding) — Módulos configuráveis permitem entrega rápida de sistema e fiação de campo em estágio tardio.
• Sensores Inteligentes — Dados de maior resolução suportam controle avançado, diagnóstico remoto e gestão de ativos.
• Conectividade de Campo Baseada em Ethernet — PROFINET e Ethernet – APL™ lideram a mudança para comunicação determinística de alta velocidade.

Resultados de enquete no LinkedIn (comunidade de automação) confirmam estações I/O remotas como prioridade principal, enquanto I/O universal ficou em posição mais baixa entre Engenheiros de Instrumentação e membros da ISA. Uso de fieldbus inesperadamente permanece segundo favorito entre grupos.

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Por que Fieldbuses de Planta Estão em Declínio

A descentralização há muito impulsionou uso de fieldbuses, ainda sua adoção minguou. No setor de óleo & gás, por exemplo, engenheiros agora justificam escolha de HART 4‑20 mA convencional sobre Foundation Fieldbus (FF) porque:

• Economia de custo de cabeamento reduzido é mínima em áreas perigosas.
• Instalações fieldbus frequentemente envolvem aterramento, ground complexo e suporte técnico.
• Canais de dados paralelos (ex.: NOA) e HART já fornecem diagnóstico remoto e gestão de ativos.

Soluções sem fio ganham tração para medições de baixo scan, não-controle, mas requisitos de potência podem compensar economia de cabeamento.

PROFIBUS: O Fieldbus Sobrevivente

PROFIBUS permanece popular fora de óleo & gás, alimentando centros de controle de motor e drives de velocidade variável. Sua evolução para PROFINET oferece velocidades Ethernet determinísticas, tornando-o ideal para I/O remoto.

A Ascensão (e Limites) do I/O Universal

Enquanto descentralização impulsiona I/O remoto, módulos universais são cada vez mais implantados em salas de controle principais por fornecedores DCS. Benefícios incluem:

• Tempos de entrega reduzidos e fiação de campo mais cedo.
• Flexibilidade para reconfigurar I/O tarde no ciclo de vida do projeto.

No entanto, sistemas universais enfrentam restrições:

• Suporte limitado para diversos tipos de I/O (segurança intrínseca, redundância, SIL, isolamento galvânico).
• Custo por canal mais alto comparado a módulos dedicados.
• Menor densidade (55–140 I/O/m) versus I/O fixo (400–500 I/O/m).

Custo-Efetividade: I/O Fixo vs. Universal

Módulos fixos de alta densidade são frequentemente mais econômicos, especialmente quando instalados remotamente para cortar cabeamento de planta e reduzir footprint. Combinar I/O dedicado com backplane universal pode oferecer o melhor dos dois mundos.

Exemplo: Siemens ET200SP HA I/O suporta até 896 sinais num único gabinete. Pode ser plugado num backplane genérico para reconfiguração de última hora, enquanto cartão configurável de 16 canais lida com os 10% finais de mudanças.

Gabinete Conexão Direta: 56 Módulos I/O (até 896 I/O), 800 × 2000 mm (L × A)

Principais Características

• Acesso unilateral, profundidade 400 mm
• Temperatura ambiente -20 °C – +40 °C
• 120/230 V AC energia redundante
• Conexão direta até 2,5 mm²
• PROFINET sobre cobre ou fibra
• Suporta até 56 cabos de campo (diâmetro 20 mm)

1 - MCB e RCB de entrada
2 - PSU AC/DC SITOP 8200 40A (Siemens, 6EP3334‑8SB00‑0AY0)
3 - Módulo redundância SITOP PSE202U (Siemens, 6EP1961‑3BA21)
4 - Distribuição energia & fusíveis cartucho
5 - Hardware opcional (ex.: SCALANCE XC206‑2‑SFP, Siemens, 6GK5 206‑2Bs00‑2AC2)
6 - T 200SP HA com módulo interface e adaptador bus
7 - Terminais fio reserva & terra
8 - Fixação cabo & perfil blindagem
9 - Duto cabo 

EPCs e I/O Late-Binding

Empresas de Engenharia, Aquisição & Construção (EPC) favorecem late-binding porque alinha com sequência típica de projeto: instrumentação é finalizada após tubulação, mecânica e design de processo. Desacoplar hardware de software permite configuração DCS cedo e implantação rápida em campo.

Conectividade de Campo Baseada em Ethernet

Sensores inteligentes conectam-se cada vez mais diretamente a Ethernet, reduzindo necessidade de barramentos I/O separados. PROFINET e futuras soluções Ethernet – APL™ entregam links determinísticos de alta velocidade adequados para I/O remoto e acesso a instrumentos individuais.

Soluções Universal Plug-and-Produce

O Siemens Compact Field Unit (CFU) exemplifica esta abordagem. Usando PROFINET (ou em breve Ethernet – APL™), ele distribui remotamente até oito instrumentos PROFIBUS PA, reconhecendo automaticamente cada porta. Isso aumenta flexibilidade, corta cabeamento e revitaliza adoção de PROFIBUS PA.

De Instrumentos a MTP: Uma Visão Unificada

Instrumentos inteligentes estão evoluindo para pacotes modulares. MTP da NAMUR oferece descrição padronizada para projetos greenfield, enquanto NOA fornece canal de comunicação paralelo necessário para sites brownfield. Juntos pavimentam caminho para cenário de automação contínuo baseado em OPC UA.

Automação Modular MTP e NOA Arquitetura Aberta NAMUR são Complementares

Conclusões

1. Descentralização continua dominando, mas queda de fieldbuses e ascensão de I/O universal ilustram nuances da indústria.
2. Foundation Fieldbus vê adoção reduzida devido a complexidade técnica e questões legadas.
3. PROFIBUS permanece prevalente fora de óleo & gás, largamente por sua integração em sistemas elétricos.
4. EPCs preferem I/O late-binding para acelerar entrega e cabeamento cedo.
5. I/O fixo de alta densidade é frequentemente mais custo-efetivo e espaço-eficiente que soluções universais.
6. Todas abordagens — I/O fixo remoto, módulos universais, NOA, e Ethernet – APL™ — coexistirão no futuro previsível; estratégia dominante emergirá com o tempo.

Fique atento enquanto o ecossistema de automação evolui.