Procesautomatisering I/O-systemen: Markttrends, decentralisatie en Ethernet-gebaseerde veldconnectiviteit

Belangrijke Definities

• NOA (Namur Open Architecture) – Ontwikkeld door de Gebruikersvereniging voor Automatiseringstechnologie (NAMUR), voegt NOA een parallelle communicatiekanalen (draadloos, Bluetooth, 4G/5G, etc.) toe aan bestaande instrumenten, waardoor het vastleggen van "gestrande data" mogelijk is zonder primaire controlesignalen te storen.
• Ethernet – APL™ (Advanced Physical Layer) – Een gezamenlijke inspanning van fabricanten en OPC, deze opkomende standaard brengt Ethernet-connectiviteit naar veldinstrumenten, ondersteunend lange kabelruns en intrinsieke veiligheid voor stroom en data over een enkele paar.
• OPC UA (Unified Architecture) – Het open, platform-onafhankelijke protocol van de OPC Foundation dat veilige, interoperabele machine-tot-machine communicatie vergemakkelijkt.
• MTP (Module Type Packages) – NAMUR's evoluerende standaard die een universele taal biedt voor het beschrijven van modulekenmerken, wat naadloze integratie tussen fabricanten mogelijk maakt.

Marktgrootte & Grote Spelers

De wereldwijde proces I/O-systeemmarkt wordt gewaardeerd op iets meer dan $3 miljard, groeiend met een CAGR van ongeveer 3,7% (bron: industriërAPPORTEN). Leidende leveranciers houden de volgende marktaandelen:

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

Huidige Trends in Procesautomatisering I/O

• Decentralisatie – Remote I/O-stations in het veld verminderen kabelcomplexiteit en verbeteren systeemveerkracht.
• Afname van Traditionele Fieldbussen – Sensoren direct aan I/O-terminalborden aan슬uiten elimineert cross-wiring kabinets.
• Universele (Late-Binding) I/O – Configureerbare modules maken snelle systeemlevering en late-fase veldbedrading mogelijk.
• Intelligente Sensoren – Hogere-resolutie data ondersteunt geavanceerde controle, remote diagnostiek en asset management.
• Ethernet-gebaseerde Veldconnectiviteit – PROFINET en Ethernet – APL™ leiden de shift naar hoge-snelheid, deterministische communicatie.

LinkedIn-enquête resultaten (Automatisering-gemeenschap) bevestigen dat remote I/O-stations de topprioriteit zijn, terwijl universele I/O lager scoorde bij Instrumentingenieurs en ISA-leden. Fieldbus-gebruik blijkt onverwacht de tweede favoriet over groepen heen.

Waarom Plant Fieldbussen Afnemen

Decentralisatie heeft lang het gebruik van fieldbussen gedreven, doch hun adoptie is afgenomen. In de olie & gas-sector bijvoorbeeld, rechtvaardigen ingenieurs nu het kiezen van conventionele 4-20 mA HART boven Foundation Fieldbus (FF) omdat:

• Kostenbesparing door verminderde verkabeling minimaal is in gevaarlijke gebieden.
• Fieldbus-installaties vaak complexe aarding, grounding en technische ondersteuning involveren.
• Parallelle datakanalen (bijv. NOA) en HART al remote diagnostiek en asset management bieden.

Draadloze oplossingen winnen terrain voor laag-scan, niet-controle metingen, maar stroomvereisten kunnen kabelbesparingen compenseren.

PROFIBUS: De Overlevende Fieldbus

PROFIBUS blijft populair buiten olie & gas, aangedreven motorcontrolcentra en variabele-snelheidsdrijven. De evolutie naar PROFINET biedt deterministische Ethernet-snelheden, ideaal voor remote I/O.

De Opkomst (en Limieten) van Universele I/O

Terwijl decentralisatie remote I/O drijft, worden universele modules steeds vaker in hoofdcamerruimtes geïmplementeerd door DCS-leveranciers. Voordelen omvatten:

• Verkorte levertijden en vroegere veldbedrading.
• Flexibiliteit om I/O laat in de projectlevenscyclus te herconfigureren.

Echter, universele systemen kennen beperkingen:

• Beperkte ondersteuning voor diverse I/O-typen (intrinsieke veiligheid, redundantie, SIL, galvanische isolatie).
• Hogere kosten per kanaal vergeleken met dedicate modules.
• Lagere dichtheid (55–140 I/O/m) versus vaste I/O (400–500 I/O/m).

Kosteneffectiviteit: Vaste vs. Universele I/O

Hoog-dichtheid vaste modules zijn vaak economischer, vooral wanneer remote geïnstalleerd om fabrieksverkabeling te kappen en voetafdruk te verkleinen. Het combineren van dedicate I/O met een universele backplane kan het beste van beide werelden bieden.

Voorbeeld: Siemens ET200SP HA I/O ondersteunt tot 896 signalen in een enkel cabinet. Het kan in een generieke backplane gestoken worden voor last-minute herconfiguratie, terwijl een configureerbare 16-kanaalskaart de laatste 10% van wijzigingen afhandelt.

Direct-Connection Cabinet: 56 I/O Modules (tot 896 I/O), 800 × 2000 mm (B × H)

Kenmerken

• Eenzijdige toegang, 400 mm diepte
• Omgevingstemperatuur -20 °C – +40 °C
• 120/230 V AC redundante stroom
• Directe aansluiting tot 2,5 mm²
• PROFINET over koper of vezel
• Ondersteunt tot 56 veldkabels (20 mm diameter)

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 

EPC's en Late-Binding I/O

Engineering, Procurement & Construction (EPC) bedrijven favoriseren late-binding omdat het past bij de typische projectvolgorde: instrumentatie wordt gefinaliseerd na piping, mechanisch, en procesontwerp. Het ontkoppelen van hardware van software vroege DCS-configuratie en snelle veldimplementatie toe.

Ethernet-gebaseerde Veldconnectiviteit

Slimme sensoren verbinden zich steeds direct met Ethernet, wat de noodzaak voor aparte I/O-bussen vermindert. PROFINET en komende Ethernet – APL™ oplossingen leveren hoge-snelheid, deterministische links geschikt voor remote I/O en individuele instrumenttoegang.

Universele Plug-and-Produce Oplossingen

De Siemens Compact Field Unit (CFU) is een voorbeeld van deze benadering. Met PROFINET (of binnenkort Ethernet – APL™), verdeelt het tot acht PROFIBUS PA-instrumenten remote, met automatische herkenning per poort. Dit vergroot flexibiliteit, kapt kabels, en herleeft PROFIBUS PA-adoptie.

Van Instrumenten naar MTP: Een Geünifieerd Beeld

Slimme instrumenten evolueren naar modulaire pakketten. NAMUR's MTP biedt een gestandaardiseerde beschrijving voor groenveldprojecten, terwijl NOA het parallelle communicatiekanaal biedt dat nodig is voor bruinveldlocaties. Samen banen ze de weg voor een naadloos, OPC UA-gebaseerd automatiseringslandschap.

MTP Modulaire Automatisering en NOA NAMUR Open Architecture zijn Complementair

Conclusies

1. Decentralisatie blijft domineren, maar de afname van fieldbussen en de opkomst van universele I/O illustreren industrienuances.
2. Foundation Fieldbus ziet verminderde adoptie door technische complexiteit en legacy-issues.
3. PROFIBUS blijft prevalent buiten olie & gas, grotendeels door integratie in elektrische systemen.
4. EPC's prefereren late-binding I/O om levering te versnellen en vroege verkabeling.
5. Hoog-dichtheid vaste I/O is vaak kosteneffectiever en ruimte-efficiënter dan universele oplossingen.
6. Alle benaderingen – vaste remote I/O, universele modules, NOA, en Ethernet – APL™ – zullen voor de nabije toekomst coëxisteren; de domin strategie zal zich over tijd manifesteren.

Blijf op de hoogte terwijl het automatiseringsecosysteem evolueert.