在工業(yè)自動化進程不斷加速的當下，液晶工業(yè)顯示器已成為工業(yè)控制系統(tǒng)中不可或缺的關鍵設備。然而，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復雜，充斥著各種干擾源，尤其是變頻器、電機等設備產(chǎn)生的強電磁干擾，嚴重威脅著液晶工業(yè)顯示器的穩(wěn)定運行。因此，抗干擾設計對于液晶工業(yè)顯示器而言至關重要，是確保其在惡劣工業(yè)環(huán)境中可靠工作的核心要素。

變頻器、電機等設備的電磁干擾產(chǎn)生原理

變頻器的干擾產(chǎn)生機制

變頻器作為常見的工業(yè)設備，通過整流電路和平波回路將輸入的交流電轉換為直流電壓，再利用逆變器將直流電壓變換為不同寬度的脈沖電壓 (PWM) 來驅(qū)動電機，實現(xiàn)對電機力矩和速度的精確調(diào)整。但這種工作原理使其不可避免地產(chǎn)生多種電磁干擾。

首先是諧波干擾，整流電路產(chǎn)生的諧波電流會在供電系統(tǒng)的阻抗上形成電壓降，致使電壓波形發(fā)生畸變，影響同一電網(wǎng)中其他僅能在正弦波電壓條件下工作的電子設備。以工廠中的自動化生產(chǎn)線為例，若該生產(chǎn)線的供電系統(tǒng)中有多臺設備，其中一臺設備使用的變頻器產(chǎn)生諧波干擾，可能導致其他設備如傳感器、控制器等無法正常工作，進而影響整個生產(chǎn)線的運行精度和穩(wěn)定性。

其次是射頻傳導發(fā)射干擾，由于變頻器從電網(wǎng)吸取的電流呈脈沖狀，包含大量高頻成分，會對同電網(wǎng)設備造成干擾。當工廠內(nèi)多個設備共用同一電網(wǎng)時，變頻器產(chǎn)生的射頻傳導發(fā)射干擾可能會沿著電源線傳播，影響其他設備的正常運行，例如導致一些對電源質(zhì)量要求較高的精密儀器出現(xiàn)測量誤差。

最后是射頻輻射干擾，變頻器的輸入輸出電纜相當于天線，當電纜上有射頻干擾電流時，便會產(chǎn)生電磁波輻射，特別是其輸出電纜上傳輸?shù)?PWM 電壓含有豐富高頻成分，輻射干擾更為明顯。在一個大型工業(yè)廠房中，如果多臺變頻器同時工作，其產(chǎn)生的射頻輻射干擾可能會相互疊加，對周圍的電子設備，包括液晶工業(yè)顯示器造成嚴重影響。

電機的干擾產(chǎn)生方式

一方面，電機的電刷與換向器之間頻繁的接觸與分離會產(chǎn)生電火花，這些電火花會向外輻射高頻電磁波，形成電磁干擾。在一些使用直流電機的工業(yè)設備中，如紡織機械，電機電刷與換向器產(chǎn)生的電磁干擾可能會干擾附近的信號傳輸線路，導致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。

另一方面，電機運行時的電流變化也會在周圍空間產(chǎn)生磁場變化，當附近有其他電子設備時，這種磁場變化可能會在設備的電路中感應出干擾電流，影響設備正常工作。例如在自動化倉儲系統(tǒng)中，用于貨物搬運的電機在運行過程中產(chǎn)生的磁場變化，可能會干擾附近安裝的液晶工業(yè)顯示器的正常顯示。

工業(yè)現(xiàn)場其他潛在的電磁干擾源

除了變頻器和電機，工業(yè)現(xiàn)場還有眾多潛在的電磁干擾源。例如電焊機在焊接過程中會產(chǎn)生強大的電流變化和電弧放電，釋放出高強度的電磁輻射。在船舶制造等大型工業(yè)生產(chǎn)中，大量使用電焊機進行焊接作業(yè)，其產(chǎn)生的電磁輻射可能會對周圍數(shù)十米范圍內(nèi)的電子設備造成干擾，液晶工業(yè)顯示器也難以幸免。

高壓輸電線路周圍存在強電磁場，會對附近的電子設備產(chǎn)生干擾。在一些工業(yè)廠區(qū)內(nèi)，高壓輸電線路可能會穿越其中，靠近高壓輸電線路的工業(yè)設備中的液晶工業(yè)顯示器可能會受到強電磁場的影響，出現(xiàn)顯示異常等問題。

無線通信設備，如 Wi-Fi 路由器、藍牙設備等，其工作頻段與工業(yè)設備的敏感頻段可能存在重疊，從而對工業(yè)設備產(chǎn)生電磁干擾。在一些現(xiàn)代化的智能工廠中，大量使用無線通信設備進行數(shù)據(jù)傳輸和設備控制，若無線通信設備的頻段與液晶工業(yè)顯示器的敏感頻段重疊，可能會導致顯示器出現(xiàn)觸控失靈、數(shù)據(jù)傳輸錯誤等問題。

電磁干擾對液晶工業(yè)顯示器的影響

顯示異常

當液晶工業(yè)顯示器受到電磁干擾時，最直觀的表現(xiàn)就是顯示異常。例如，在一個自動化生產(chǎn)線上，液晶工業(yè)顯示器用于實時監(jiān)控設備運行參數(shù)，若受到電磁干擾出現(xiàn)顯示異常，操作人員可能無法及時準確地了解設備狀態(tài)，從而影響生產(chǎn)的正常進行。顯示異常可能表現(xiàn)為屏幕出現(xiàn)花屏、閃爍、圖像扭曲、色彩失真等現(xiàn)象。在化工生產(chǎn)中，若液晶工業(yè)顯示器用于顯示反應釜的溫度、壓力等關鍵參數(shù)，一旦顯示異常，操作人員可能會做出錯誤的判斷，導致生產(chǎn)事故的發(fā)生。

觸控失靈

對于帶有觸控功能的液晶工業(yè)顯示器，電磁干擾可能導致觸控失靈。干擾信號會影響觸控屏幕的感應電路，使屏幕無法準確識別操作人員的觸摸動作，出現(xiàn)誤觸、觸摸無反應等問題。這在需要頻繁進行人機交互的工業(yè)操作中極為致命，可能導致操作人員無法及時下達指令，引發(fā)生產(chǎn)事故。比如在智能倉儲系統(tǒng)中，工作人員通過觸摸液晶工業(yè)顯示器來操作貨物搬運設備，若觸控失靈，將嚴重影響倉儲作業(yè)的效率和準確性。在汽車制造的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，工人依靠觸摸液晶工業(yè)顯示器來控制生產(chǎn)流程，觸控失靈可能會導致生產(chǎn)線停頓，造成巨大的經(jīng)濟損失。

數(shù)據(jù)傳輸錯誤

液晶工業(yè)顯示器需要與其他設備進行數(shù)據(jù)交互，如接收來自傳感器的數(shù)據(jù)并進行顯示，或?qū)⒉僮魅藛T的指令傳輸給控制系統(tǒng)。電磁干擾可能會破壞數(shù)據(jù)傳輸過程中的信號完整性，導致數(shù)據(jù)丟失、錯誤或延遲。在一些對數(shù)據(jù)準確性和實時性要求極高的工業(yè)應用中，如航空航天制造、醫(yī)療設備生產(chǎn)等，數(shù)據(jù)傳輸錯誤可能會引發(fā)嚴重后果，甚至危及生命安全。在航空航天制造中，液晶工業(yè)顯示器用于顯示飛行器零部件的加工參數(shù)，若數(shù)據(jù)傳輸錯誤，可能會導致零部件加工精度出現(xiàn)偏差，影響飛行器的性能和安全。在醫(yī)療設備生產(chǎn)中，若液晶工業(yè)顯示器與醫(yī)療設備控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸受到干擾，可能會導致醫(yī)療設備誤操作，對患者造成傷害。

內(nèi)部電路損壞

長期處于強電磁干擾環(huán)境下，液晶工業(yè)顯示器的內(nèi)部電路可能會受到損壞，導致系統(tǒng)故障。干擾信號可能會使顯示器的主板、顯卡等關鍵部件出現(xiàn)短路、斷路等問題，使設備無法正常啟動或運行。在鋼鐵冶煉等高溫、強電磁干擾的工業(yè)環(huán)境中，液晶工業(yè)顯示器長期運行，其內(nèi)部電路更容易受到電磁干擾的影響而損壞，增加了設備維護成本和停機時間。

液晶工業(yè)顯示器的抗干擾設計措施

屏蔽設計

屏蔽是液晶工業(yè)顯示器抗電磁干擾的重要手段之一。顯示器通常采用金屬外殼，金屬外殼能夠有效阻擋外部電磁干擾信號的侵入，同時防止內(nèi)部電路產(chǎn)生的電磁信號向外輻射。在設備內(nèi)部，對關鍵電路和元件進行獨立屏蔽也十分關鍵。例如，主板上的 CPU、內(nèi)存等核心芯片周圍安裝金屬屏蔽罩，屏蔽罩通過接地處理，將外部電磁干擾信號導入大地，保護芯片正常工作。在一些高端的液晶工業(yè)顯示器中，為了進一步提高屏蔽效果，會在金屬外殼內(nèi)部噴涂一層導電漆，增強對電磁干擾的屏蔽能力。

對于顯示屏，采用帶有屏蔽層的連接線，并在顯示屏邊框內(nèi)側粘貼導電布，形成一個完整的屏蔽空間，減少外界電磁干擾對顯示信號的影響。在電纜設計上，選用屏蔽電纜，電纜外層包裹金屬編織網(wǎng)或鋁箔屏蔽層，進一步增強屏蔽效果。例如在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，連接液晶工業(yè)顯示器與控制器的電纜采用雙層屏蔽電纜，能夠有效降低電磁干擾對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

接地設計

良好的接地系統(tǒng)是抗電磁干擾的關鍵。液晶工業(yè)顯示器通過多種接地方式降低電磁干擾。設備外殼通過專門的接地線與大地連接，形成保護接地。當設備外殼帶電時，電流能夠迅速導入大地，保障操作人員安全，同時起到一定的屏蔽作用。在一些危險環(huán)境下的工業(yè)應用中，如石油化工、煤礦開采等，保護接地尤為重要，能夠有效避免因設備漏電引發(fā)的安全事故。

在電路設計中，采用單點接地或多點接地策略。單點接地將電路中的各個接地節(jié)點連接到一個公共接地點，避免不同接地節(jié)點之間產(chǎn)生電位差，減少接地環(huán)路干擾，適用于低頻電路。多點接地則適用于高頻電路，通過將各個元件的接地端就近連接到接地平面，降低接地阻抗，提高抗干擾能力。例如在液晶工業(yè)顯示器的主板設計中，對于低頻的電源電路采用單點接地，而對于高頻的通信電路采用多點接地，以提高整個電路的抗干擾性能。

此外，對于敏感電路，如觸控電路、數(shù)據(jù)通信電路等，采用獨立的接地回路，防止其他電路的干擾信號通過接地系統(tǒng)耦合到敏感電路中。在一些對數(shù)據(jù)傳輸準確性要求極高的工業(yè)應用中，如金融設備制造、精密儀器生產(chǎn)等，獨立接地回路能夠有效保障敏感電路不受其他電路干擾，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

濾波設計

濾波電路能夠有效抑制電磁干擾信號的傳播。在液晶工業(yè)顯示器的電源輸入端，安裝電源濾波器，電源濾波器由電感、電容等元件組成，可濾除電源線上的高頻干擾信號，保證設備獲得純凈的電源供應。在一些電力環(huán)境不穩(wěn)定的工業(yè)現(xiàn)場，如一些偏遠地區(qū)的工廠，電源濾波器能夠有效去除電源中的雜波和干擾信號，確保液晶工業(yè)顯示器穩(wěn)定運行。

對于信號傳輸線路，如 USB、以太網(wǎng)等接口，采用信號濾波器或共模扼流圈。信號濾波器過濾掉信號線上的雜波，提高信號傳輸質(zhì)量；共模扼流圈抑制共模干擾信號，使差模信號順利通過，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用中，液晶工業(yè)顯示器需要與多個設備進行數(shù)據(jù)通信，信號濾波器和共模扼流圈能夠有效保障數(shù)據(jù)在復雜電磁環(huán)境下的可靠傳輸。

在設備內(nèi)部的 PCB 板設計上，合理布局濾波電容和電感，對電路中的高頻噪聲進行濾波處理，降低電磁干擾對電路的影響。通過優(yōu)化 PCB 板的布線和元件布局，能夠減少電路中的寄生電容和電感，提高電路的抗干擾能力。在一些空間有限的工業(yè)設備中，合理布局濾波元件尤為重要，能夠在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)最佳的抗干擾效果。

軟件抗干擾設計

除了硬件層面的抗干擾措施，液晶工業(yè)顯示器還可采用軟件抗干擾設計。通過編寫特定的軟件算法，對采集到的數(shù)據(jù)進行校驗和糾錯處理，提高數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。例如，采用冗余校驗算法，在數(shù)據(jù)傳輸過程中增加冗余位，接收端通過校驗冗余位來判斷數(shù)據(jù)是否正確，若發(fā)現(xiàn)錯誤則要求發(fā)送端重新傳輸數(shù)據(jù)。在一些對數(shù)據(jù)準確性要求極高的工業(yè)應用中，如衛(wèi)星發(fā)射控制、核電站監(jiān)控等，冗余校驗算法能夠有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，避免因數(shù)據(jù)錯誤引發(fā)的嚴重后果。

此外，軟件還可實現(xiàn)對顯示器工作狀態(tài)的實時監(jiān)測，當檢測到電磁干擾導致顯示異常或系統(tǒng)故障時，自動采取相應的恢復措施，如重新啟動相關程序、切換備用數(shù)據(jù)通道等，確保設備能夠持續(xù)穩(wěn)定運行。在一些無人值守的工業(yè)監(jiān)控場景中，軟件抗干擾設計能夠使液晶工業(yè)顯示器在遇到電磁干擾時自動恢復正常工作，減少人工干預，提高工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平和可靠性。

抗干擾設計對液晶工業(yè)顯示器的重要意義

在復雜的工業(yè)電磁環(huán)境中，抗干擾設計對于液晶工業(yè)顯示器的穩(wěn)定運行起著決定性作用。為應對這些挑戰(zhàn)，液晶工業(yè)顯示器從屏蔽設計、接地設計、濾波設計以及軟件抗干擾設計等多個方面入手，構建了一套完整的抗干擾體系。通過這些抗干擾設計，液晶工業(yè)顯示器能夠有效抵御電磁干擾的侵害，為工業(yè)自動化生產(chǎn)提供可靠的信息展示和人機交互平臺。

隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展，電磁環(huán)境將變得更加復雜，對液晶工業(yè)顯示器抗干擾能力的要求也將日益提高。因此，持續(xù)加強抗干擾技術的研究與創(chuàng)新，是液晶工業(yè)顯示器行業(yè)發(fā)展的重要方向，只有這樣，才能確保液晶工業(yè)顯示器在未來的工業(yè)應用中始終保持穩(wěn)定、高效的運行狀態(tài)。例如，隨著 5G 技術在工業(yè)領域的應用逐漸普及，5G 通信設備產(chǎn)生的電磁信號可能會對液晶工業(yè)顯示器造成新的干擾，這就需要液晶工業(yè)顯示器廠家不斷研發(fā)新的抗干擾技術，以適應新的電磁環(huán)境。

審核編輯 黃宇