Programové vybavení pro řízení a monitoring laserového zdroje fotonového záření

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá vývojem robustního modulárního řídicího systému pro experimentální sestavu v projektu LUIS v rámci výzkumného centra ELI-Beamlines. Jejím hlavním cílem je vytvořit spolehlivé, uživatelsky přívětivé a škálovatelné řešení, které sjednotí veškerou přístrojovou techniku do jediné sítě a umožní tak vzdálé ovládání, monitorování a sběr dat. V úvodu je představeno výzkumné centrum ELI Beamlines a projekt LUIS, s důrazem na specifické požadavky a výzvy spojené s návrhem řídicího systému pro takto komplexní experimentální sestavu. Následuje analýza současného stavu pro řízení této sestavy. Dále práce přináší ucelený přehled moderních trendů v oblasti řídicích systémů. Patří sem zhodnocení nejnovějších softwarových frameworků, používaných metodik i srovnání s obdobnými řešeními v jiných výzkumných institucích podobných ELI-Beamlines. Na základě těchto zjištění je následně proveden rozbor dvou hlavních frameworků pro řídicí systémy, EPICS a Tango. Tato analýza vedla k výběru EPICS jako preferovaného frameworku a následně i k vlastnímu návrhu jednotného řídicího systému pro LUIS. Navrhované softwarové řešení je postaveno na open-source, bezplatných a dobře udržovaných knihovnách, které zaručují stabilitu a vysokou míru flexibility do budoucna. Díky modulární architektuře lze systém snadno rozšiřovat tak, aby vyhovoval měnícím se potřebám experimentů. S nabízeným řešením mohou uživatelé provádět klíčové experimentální úkony, včetně ovládání připojených zařízení, monitorování jejich stavu a ukládání důležitých dat prostřednictvím integrovaného grafického rozhraní. To nejen výrazně zjednodušuje ovládání celého systému, ale také umožňuje jeho využití bez nutnosti rozsáhlých technických znalostí.

This thesis presents the development of a robust and modular control system for the experimental setup in the LUIS project at the ELI Beamlines research facility. The objective is to deliver a reliable, user-friendly, and scalable solution that integrates experimental instruments into a single network, enabling remote operation, monitoring, and data acquisition. The thesis begins with an introduction to the ELI Beamlines facility and the LUIS project, outlining the specific requirements and challenges associated with designing a control system for this complex experimental setup. This is followed by an analysis of the existing operational state of the setup. A comprehensive review of the state of the art in control systems is conducted, including an evaluation of modern frameworks and practices as well as a study of comparable systems at other similar research institutions. Building on these foundations, the analysis of the two preselected frameworks, Tango and EPICS Controls, is presented in the following chapter. This analysis led to selection of EPICS as the preferred framework for the development stage of this work. The proposed software solution uses open-source, free of charge, and well-maintained technologies to ensure long-term stability and adaptability. Its modular architecture facilitates seamless integration of new devices and accommodates evolving experimental requirements. A graphical user interface included in this solution abstracts the system complexity, removing the need for users to possess extensive technical expertise. This software solution thus delivers essential functionalities, including device control, monitoring, and data logging.