Historian‑database (proceshistorian)

Historian‑database (proceshistorian) is een gespecialiseerd databasesysteem ontworpen voor het verzamelen, opslaan en ophalen van historische procesdata in industriële omgevingen, met hoge data-integriteit en betrouwbaarheid.

Definitie

Een Historian-database (ook wel proceshistorian genoemd) is een gespecialiseerd databasesysteem dat is geoptimaliseerd voor het vastleggen van tijdreeksdata van industriële processen. Het verschilt van traditionele relationele databases door zijn focus op high-frequency data-opslag, compressie, en efficiënte retrieval van historische informatie.

Belangrijk onderscheid: Een Historian is een functie, terwijl een Tijdreeksdatabase (TSDB) de technologie erachter is. Historians worden verkocht als complete oplossingen.

Functionaliteit vs. Technologie

Historian als Functie

Process data archiving: Langetermijn opslag van procesdata
Trend analysis: Historische trend visualisatie
Data compression: Intelligente compressie-algoritmen
Query optimization: Geoptimaliseerd voor tijdreeks queries
Integration services: Connectiviteit met SCADA en MES

Onderliggende TSDB Technologie

Storage engines: Column-store, time-partitioned storage
Compression algorithms: Delta compression, dictionary encoding
Indexing strategies: Time-based indexing, tag-based lookups
API interfaces: REST, SQL, proprietary protocols

Kernkenmerken

High-Frequency Data Handling

Sampling rates: Tot milliseconden resolutie
Data volume: Miljoenen datapunten per dag
Real-time ingestion: Continue data stroom processing
Buffering: Lokale buffering bij connectiviteitsproblemen

Data Compression

Lossless compression: Behoud van originele waarden
Dead-band filtering: Eliminatie van redundante waarden
Value-based compression: Compressie op basis van waarde-veranderingen
Time-based aggregation: Automatische aggregatie over tijd

Query Performance

Time-range queries: Geoptimaliseerd voor tijdsbereik selecties
Aggregation functions: Ingebouwde statistische functies
Parallel processing: Multi-threaded query execution
Caching strategies: Intelligente cache mechanismen

Architectuur

Data Collection Layer

Data Sources
├── SCADA Systems
│   ├── HMI Data
│   ├── Alarm Events
│   └── Control Signals
├── PLC/DCS Systems
│   ├── Process Variables
│   ├── Setpoints
│   └── Status Signals
├── Laboratory Systems
│   ├── Quality Data
│   ├── Test Results
│   └── Certifications
└── IoT Sensors
    ├── Environmental Data
    ├── Vibration Analysis
    └── Energy Monitoring

Storage Architecture

Historian Database
├── Real-time Data Store
│   ├── Current Values
│   ├── Recent Trends (1-7 days)
│   └── Active Alarms
├── Historical Archive
│   ├── Compressed Data
│   ├── Aggregated Values
│   └── Long-term Trends
└── Configuration Store
    ├── Tag Definitions
    ├── Units & Scaling
    └── Retention Policies

Integration Layer

OPC connectivity: OPC UA, OPC Classic
Database connectivity: ODBC, OLEDB, native drivers
Web services: REST APIs, SOAP interfaces
File interfaces: CSV, XML, proprietary formats

Comparison: Historian vs. ERP

Data Characteristics

Aspect	Historian	ERP
Frequency	High (seconds/minutes)	Low (hours/days)
Volume	Very High	Moderate
Type	Process measurements	Business transactions
Retention	Long-term (years)	Operational (months)
Query Pattern	Time-series analysis	Transactional queries

Use Cases

Historian Database:

Process optimization: Identificatie van optimale bedrijfsparameters
Troubleshooting: Root-cause analyse van problemen
Regulatory compliance: Documentatie voor audits
Predictive maintenance: Trend-based onderhoud planning

ERP System:

Order completion: Registratie van voltooide orders
Inventory management: Voorraad mutaties
Financial transactions: Kosten en opbrengsten
Resource planning: Capaciteitsplanning

Data Duplication in UNS

Binnen een Unified Namespace kunnen Historian en ERP data overlappen:

ERP blijft authoritative source voor business data
Historian authoritative voor process data
UNS faciliteert real-time access tot beide data types
Data duplication is best practice voor performance en availability

Technische Implementatie

Moderne Historian Architectuur

Cloud/Edge Historian
├── Edge Collection
│   ├── Local Buffering
│   ├── Pre-processing
│   └── Compression
├── Cloud Storage
│   ├── Scalable Archive
│   ├── Advanced Analytics
│   └── Machine Learning
└── Hybrid Queries
    ├── Recent Data (Edge)
    ├── Historical Data (Cloud)
    └── Unified Interface

Integration met UNS

{
  "timestamp": "2024-08-17T14:30:00Z",
  "source": "historian",
  "topic": "Site1/Line1/Temperature/PV",
  "value": 23.5,
  "quality": "Good",
  "metadata": {
    "units": "°C",
    "accuracy": "±0.1",
    "source_system": "PI_Historian",
    "retention": "7_years"
  }
}

Populaire Historian Oplossingen

Commercial Solutions

OSIsoft PI System: Marktleider in proceshistorians
Wonderware InTouch: Schneider Electric historian
GE Proficy: Industrial historian suite
Honeywell PHD: Process History Database

Open Source Alternatives

Apache Kafka: Event streaming met retention
InfluxDB: Time-series database
TimescaleDB: PostgreSQL extension voor tijdreeksdata
OpenTSDB: Distributed time-series database

Cloud-Native Solutions

AWS Timestream: Managed time-series service
Azure Time Series Insights: Cloud historian service
Google Cloud Bigtable: Scalable NoSQL voor tijdreeks
Databricks Delta Lake: Lakehouse voor historische data

Performance Optimalisatie

Storage Optimization

Data tiering: Hot, warm, cold storage strategies
Compression ratios: 10:1 tot 100:1 typische compressie
Retention policies: Automatische data lifecycle management
Backup strategies: Point-in-time recovery capabilities

Query Optimization

Indexed access: Time-based en tag-based indexes
Materialized views: Pre-computed aggregations
Parallel execution: Multi-core query processing
Result caching: Frequently accessed data caching

Security en Compliance

Data Protection

Encryption: Data at rest en in transit
Access control: Role-based permissions
Audit logging: Comprehensive access tracking
Data integrity: Checksums en validation

Regulatory Compliance

21 CFR Part 11: FDA validation requirements
ISO 27001: Information security management
GDPR: Data privacy en retention
SOX: Financial data integrity

Gerelateerde begrippen

Database Technologieën:

Tijdreeksdatabase (TSDB) - Onderliggende technologie
Historische dataopslag - Data retention strategies
Data compressie - Storage optimization
Big Data - Large-scale data management

System Integration:

ERP vs. Historian - Complementaire systemen
Unified Namespace (UNS) - Modern integratie architectuur
SCADA integratie - Process data connectivity
MES-Historian integratie - Manufacturing data

Analytics & Reporting:

Process analytics - Historical trend analysis
Predictive maintenance - Trend-based onderhoud
KPI Dashboard - Historical performance metrics
Data visualisatie - Trend charts en reports

Bronnen

OSIsoft PI System Documentation
ISA-95 Manufacturing Operations Standard
Time-Series Database Benchmarking Studies
Industrial Data Management Best Practices

← Terug naar Data, Analyse & Business Intelligence kaart

Kompas

Verkenner