CN101490920B - 具有自测试和远程通告能力的故障电路中断设备及测试方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于智能GFCI设备(IGFCI)的方法和技术，所述设备具有被编程为定期执行自测试并把该测试的结果传递到例如远程中央记录计算机的远程监视设备的微控制器。在某些实施方案中，利用双向(双方向)通信，多个自测试IGFCI设备可以从位于远程的设备被系统地测试和复位，以减少对用户的干扰。IGFCI设备可以被配置成在AC功率施加到该设备后自动地复位或手动地复位。

Description

具有自测试和远程通告能力的故障电路中断设备及测试方法
根据35 U.S.C.119(e)，本申请要求2006年6月1日递交的具有申请号No.60/803,694的美国临时申请的优先权。
技术领域
本发明涉及可复位电路中断设备，更具体地，涉及具有自测试和远程通告能力的接地故障断路器(ground fault circuit interrupter，GFCI)设备。
背景技术
开发了接地故障断路器(GFCI)以满足对能够检测异常电流(通常从相到地)并随后中断对其中发生了故障的电气系统供电的设备的需求。以这种方式，该设备保护人员免受电击、火灾等。伴随着例如10到100安的负载电流，毫安量级的接地故障电流可以被检测。因此，在无接地故障时，GFCI可以使交流(AC)功率能够连接到下游的电气负载和插座出口。当检测到接地故障时，GFCI可以将触点开路以切断到负载的AC功率。
当检测到接地故障时，GFCI可以把相线和中性线都断开。所以即使相线和中性线因疏忽互换，也保护用户免受相到地的故障。但是，GFCI的错误配线可能导致某些插座(墙上出口)丧失保护。插座GFCI可以被配线成保护“单个出口”，或者，它们可以被配线为“穿过”设备以保护GFCI的正面出口和下游出口。在新建筑中，GFCI一般将在通电之前安装。这可能导致可能的错误配线，因为配线盒包含两对相线和中性线，它们不容易被标识为线路和负载。因此，存在安装者可能因疏忽把AC配线的线路侧连接到GFCI的负载侧的可能性，这可能产生潜在的危险。
除了错误配线以外，GFCI也可能经受其他故障模式。这些故障模式可能由异常工作状况导致，例如不良的AC电源质量、不当使用或者对GFCI部件的化学作用。为了确保可靠的工作，GFCI设备可以在该GFCI设备的外部包含测试(TEST)按钮，当被按下时，所述按钮导致触点开路，并且从受该GFCI保护的电路去除电源。在测试之后，通过按下该GFCI外部上的复位(RESET)按钮，可以把该GFCI复位到其正常工作条件，所述复位按钮在被按下时模拟接地故障。这种模拟的接地故障导致内部电路如同已经发生了真正的接地故障那样做出响应。由此，使内部元件、电路和机械机构得到演练和测试。如果GFCI的内部机构在正确地工作，则断路器触点闭合并且恢复对插座的供电。可以指示用户定期地测试GFCI并替换故障的设备。但是，即使当看得见的指示被置于GFCI本身上时，用户即便测试，可能也并非定期地测试其GFCI。
GFCI可靠性也可能被功率中断和当功率恢复时对应的浪涌危害。功率恢复可能导致电力线上出现大的电压和电流电气尖峰，从而产生GFCI元件故障的可能性。因此，功率恢复以后GFCI应该被测试。
具有多个楼层的商业建筑和工业/行政综合体一般可能具有很多GFCI。例如，GFCI可以被置于卫生间中、洗涤槽、厨房区域和外部的插座出口处。多个建筑综合体，例如校园、政府建筑综合体、企业中心等，可能具有成百上千个这样的GFCI区域，用于保护人员免受电击风险。当测试例如在大型建筑或者工业/行政综合体中的大量GFCI时，测试GFCI以确保正常功能可能带来后勤问题。如果涉及足够多数量的GFCI，则可能永久雇佣人员来按下GFCI上的测试和复位按钮并确保所有GFCI被定期地，例如每个月被测试。而且，哪些GFCI已经被测试和哪些还未被测试的记录可能变成容易导致出错和沟通不当的庞大任务。
为了保证保护人员免受因接地故障所致的电击风险，居住和商业环境中的GFCI必须被正确地安装，并且GFCI被定期地测试。
发明内容
公开了用于智能GFCI设备(此后称为IGFCI)的方法和技术，所述设备具有被编程为定期执行自测试并把该测试结果传递到例如远程中央记录计算机的远程监视设备的微控制器。在某些实施方案中，利用双向(双方向)通信，多个自测试IGFCI设备可以从位于远程的设备被系统地测试和复位，以降低对用户的干扰。IGFCI设备可以被配置成在AC功率施加到该设备后自动地复位或手动地复位。在自动复位实施方案中，通过在施加AC功率后闭合继电器触点，IGFCI被自动地复位。在手动复位实施方案中，在IGFCI能够运转之前，IGFCI必须被用户或微处理器电路手动地复位。
在本发明的一个实施例中，一种故障电路中断设备包含：一组触点，用于在线路和负载侧导体之间形成和断开传导路径；自测试电路，用于测试和复位故障电路中断设备并把其结果传送到远程设备，所述电路包含微控制器和耦合到所述微控制器的通信电路，所述通信电路用于向远程设备传递故障电路中断设备的状态；故障电路，其输入端耦合到所述微控制器的输出端，所述故障电路用于从所述微控制器接收断开信号，并用于选择性地将所述触点组打开以便进行自测试；连续运行继电器，被配置成当功率被移除时打开所述触点，该连续运行继电器包括继电器线圈、硅可控整流器和晶体管，其中所述继电器线圈被配置成当功率从所述线圈被移除时打开所述触点，所述硅可控整流器被配置成选择性地允许功率被提供到所述继电器线圈，所述晶体管与所述硅可控整流器和所述微控制器通信，所述晶体管被配置成选择性地将功率提供到所述硅可控整流器，以便选择性地驱动所述硅可控整流器，来控制所述继电器线圈选择性地打开和闭合所述触点。
在本发明的一个实施例中，一种用于测试故障电路中断设备的方法包含：从包含微控制器的控制设备发送至少一个控制信号到包含微电路的故障电路中断设备，以生成至少一个状况；通过来自所述微电路的信号使一组触点跳闸；感测对所述至少一个控制信号的至少一个响应；把包含所述至少一个响应的报告传送到远程设备，包括报告是否存在误配线状况，和通过向继电器线圈施加功率来闭合所述的一组触点，从而在所述触点跳闸之后闭合所述触点，其中通过向晶体管提供功率以便从硅可控整流器移除功率从而允许功率流入继电器线圈来向继电器线圈施加功率。
在一个实施例中，IGFCI设备可以包括用于处理故障条件的GFCI电路和基于微处理器或其他处理器电路的智能电路。GFCI电路包括故障传感/检测电路，以便响应于例如接地故障的故障条件形成和断开电力线的线路和负载侧之间的传导路径。GFCI电路还包括自测试功能，包含：例如测试按钮的测试装置以断开传导路径，例如复位按钮的复位装置以重新建立传导路径。智能电路可以启动自测试功能并把测试结果传递到远程设备。IGFCI包含被配置成根据例如电力线载波技术的通信技术工作的通信电路。独立于GFCI电路的智能电路可被用于任何能够被复位的可复位电路中断设备。可被用于本发明的IGFCI设备的可复位电路中断设备的例子包括但不局限于电器漏电断路器(appliance leakage circuit interrupter，ALCI)、设备漏电断路器(equipment leakage circuit interrupter，ELCI)、可复位浸渍式检测断路器(immersion detection circuit interrupter，IDCI)、电弧故障断路器(arc-fault circuit interrupter，AFCI)和组合AFCI/GFCI。
可以使用软件编程微控制器以便控制IGFCI的通信电路和自测试电路。微控制器可以向远程中央记录计算机通告(传送)定时器事件的发生，例如30天定时器，以测试GFCI电路。微控制器可以使能自测试电路以启动GFCI的自测试。例如，微控制器可以通过执行自测试操作来模拟接地故障，所述自测试操作包括把GFCI的继电器触点开路和闭合一个时间段，所述时间段包括若干个AC周期，例如两个AC周期或者更少，依赖于触点开路/闭合要求。可以向远程中央记录计算机通告(传送)闭合和开路主触点的时间段和GFCI的唯一地址，以及其他信息或状态。
微控制器可以包括当功率被初次施加到GFCI并且用户测试序列(测试按钮和复位按钮例程)被执行时使能本地通告器(annunciator)的软件。本地通告器可以包括视觉指示设备(例如LED)和/或听觉指示设备(例如压电蜂鸣器)。此外，所述软件可以分析各种继电器触点状况。利用通过未发生先前的断电状况或者30天定时器中断时感测继电器触点开路所产生的中断例程，可以确定接地故障状况。然后转移到接地故障程序，它继而可以使能各种输出端口，直到识别到用于复位GFCI的清除例程为止。通过每一次通过输入端口接收到60个AC周期脉冲时递增存储器地址的内容，可以产生30天定时器或其他内部间隔。其他特征包括用于测试IGFCI的电路和元件的内建测试(BIT)技术。例如，通过使小电流通过线圈并监视通过继电器线圈的电流，可以测试继电器线圈，这测试了线圈的连续性而无需把触点开路。
在检测到错误配线状况或者在30天周期内未能测试GFCI后，IGFCI可以激活本地通告器以提供听觉和视觉警告。在具有很多GFCI的应用中，IGFCI可以从远程中央记录器提供对GFCI的监视和测试。IGFCI设备可以检测GFCI电路的继电器触点的线路侧或负载侧上电压的存在。微控制器在程序控制下，能够连续地扫描输入并做出决策，例如何时已出现30天时间间隔，因而使能本地通告器。
前面已经相当广泛地概述了本发明的优选特征，以使本领域技术人员可以更好地理解接下来对本发明的详细描述。此后，将描述本发明的额外特征，它们形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应该理解，他们能够很容易地使用所公开的概念和具体实施例作为设计或者修改用于执行本发明的相同目的的其他结构的基础，并且这些其他结构不偏离本发明最宽泛形式时的精神和范围。
附图说明
从下面的详细描述、所附权利要求和附图，本发明的其他方面、特征和益处将变得更全面清晰，在附图中，类似的元件被给予类似的参考数字，其中：
图1是根据本发明实施例的具有自测试和通信能力的智能接地故障断路器(IGFCI)的框图；
图2A根据本发明实施例示出了具有自动复位功能的智能GFCI的原理图；
图2B根据本发明实施例示出了具有手动复位功能的智能GFCI的原理图；
图3-6是具有单向通信、不具有自测试功能的智能GFCI的实施方案的流程图；和
图7-12是具有双向通信和自测试功能的实施方案的流程图。
具体实施方式
本公开内容描述了自动测试一个或更多个GFCI并且随后把结果传递(通告)到用于记录目的的远程中央记录器，因而消除对耗时的手动测试的需求的方法和技术。GFCI包括提供自测试和远程通信能力的微控制器，此后被称作智能GFCI(IGFCI)。自测试功能可以被配置为自动复位或者手动复位，并且远程通信特征可以被配置为单向(从GFCI单方向)或双向(双方向)。自测试功能和远程通信特征可以被独立地实施。IGFCI设备可以被配置成在AC功率被施加到设备后被自动复位或者手动复位。在自动复位实施方案中，通过在施加AC功率后闭合继电器触点，IGFCI被自动复位。在手动复位实施方案中，在IGFCI可运转之前，IGFCI必须由用户或者微控制器电路手动复位。
图1示出了能够与远程中央记录器116通信的自测试和远程通告IGFCI设备106的实施方案的框图100，远程中央记录器116并非本发明的一部分。IGFCI设备106包括耦合到在电力线的线路和负载侧之间形成和断开传导路径的功率中断继电器触点120的GFCI 102。例如，在发生接地故障状况或者按下测试按钮后，通过开路继电器触点并把线路侧从负载侧切断，GFCI能够断开传导路径。这经常被称作使GFCI跳闸。GFCI 102还包括复位按钮，复位按钮允许用户通过闭合继电器触点从而重新建立传导路径来复位所述设备。IGFCI106包括具有微控制器110或其他能够被编程以执行控制1GFCI 106的操作的软件或其他指令的处理器的智能电路104。微控制器110从GFCI接收测试信号以确定测试按钮的状态，并接收分别从线路侧和负载侧功率信号导出的线路信号和负载信号以确定继电器触点120的状态。如下面详细地解释的那样，基于这些信号的状态，通过发送自动复位(AUTO_RESET)和自动测试(AUTO_TEST)信号到GFCI，微控制器110对GFCI 102执行自测试操作。微控制器110包括向用户提供关于GFCI的信息和/或状态的本地通告装置，例如视觉指示器122(例如LED)和听觉指示器124(例如压电蜂鸣器设备)。
微控制器110可以包括实施自测试功能的软件例程。在一个实施例中，微控制器110维持基于软件的定时器，例如30天定时器，用于启动自测试功能。在从定时器接收到信号后，可以使能包括执行具有下列步骤序列的子测试例程的软件子例程。首先，微控制器110发送信号到GFCI来闭合GFCI的继电器触点120。在一个实施例中，与手动测试按钮并联的半导体开关由来自微控制器输出端口的信号供电。接着，微控制器检测触点120是否开路了一个持续时间，例如一个或两个线电压的AC周期。两个周期的开路线电压不可能对任何负载有影响。然后，微控制器检测闭合的继电器触点120。通过经通信电路108把编码的信息分组传送到远程中央记录器116，在自测试序列中的每一个事件(30天定时器、闭合触点、开路触点、闭合触点)和特定GFCI的唯一地址被通告(传送)。中央记录器116可以是中央计算机系统的一部分。编码的分组可以包括GFCI地址和测试序列的结果。每一个GFCI的地址可以由例如双列直插组装(DIP)开关或焊接的链路设置。
智能电路104被根据“轮询输入”方案配置，藉此，每当电路接收到某个信号时电路输入的状态被轮询，并依据输入的状态采取适当的行动。如下面详细地描述的那样，轮询的输入包括从测试电路导出的测试信号，以及从IGFCI的相应的负载和线路输入导出的负载和线路信号。IGFCI的线路侧中性导体被用作地(GND)基准，以使微控制器在AC功率周期的正向电压(+ve)边沿上轮询输入。
在一个实施例中，GFCI 102包括连续运行继电器(continuousduty relay)。功率中断触点120是所述继电器的一部分，所述继电器通常是激活的，并且保持AC功率中断触点闭合。可以通过例如高压晶体管的电子开关提供到继电器线圈的电流。当GFCI检测到接地故障时，它触发电子锁存器，例如硅可控整流器(SCR)(未示出)，以便导通将电子开关关断的电流，从而停止给继电器线圈供电，并把功率中断触点120开路。
当要求测试GFCI时，智能电路104发送信号到GFCI 102以便给继电器供电(接通)，所述继电器闭合与导致继电器触点开路的GFCI的测试按钮并联的继电器触点。其后，开始复位序列。这产生模拟接地故障，导致GFCI电路触发电子锁存器并闭合功率中断触点。因此，GFCI的所有的电气和机械部分被测试。微控制器电路110通过轮询其输入确认功率中断触点已经开路。如果确认触点开路，则微控制器电路110停止给测试电路继电器供电，并使复位晶体管导通，所述晶体管继而将SCR复位到未触发(即非导通)状态。当复位晶体管被关断时，SCR保持未触发。这允许高压晶体管导通，给继电器线圈供电并闭合功率中断触点120。微控制器电路110通过轮询其输入确认触点已经闭合。测试可以在几个AC功率周期内完成以便导致对下游电器或负载的最少的中断，如果有的话。
微控制器110提供了分析和GFCI的运行相关的各种状况的灵活性。例如，电器的接地漏电任务具有特定于每一个设备类型的已知的漏电模式(特性)。例如，电冰箱当其“Calrod”加热器打开时泄漏电流，而洗衣机在其洗涤或者漂洗周期中时可能泄漏地电流。微控制器104可以被配置成分析漏电状况，包括在设备的各种应用模式期间在任何时间段的漏电大小和时间。该信息可以被存储在微控制器的存储器中，并连续地与即时的实际值比较。任何偏差，除了使断路器跳闸以外，还可能被使用例如射频(RF)链路向远程中央记录器通告。而且，在使GFCI跳闸之前，可以把故障的持续时间考虑在内。微控制器也可以被编程为通告各种漏电水平或者绝对电流大小，以便可以发出迫近的故障和/或可能的火灾的警告。
通信电路108耦合到微控制器电路104以实现IGFCI 106和远程中央记录器116之间的通信。通信电路108可以传送信息，包括但不局限于：指示到了测试GFCI的时间的30天定时器信号、指示自测试功能已被执行的自测试信号、测试状态信号(自测试功能成功或者失败)、指示发生接地故障状况的接地故障信号、指示设备已被错误配线的错误配线信号。通信电路108可以被从GFCI电源(未示出)、微控制器电路电源或其他的电源供电。在一个实施方案中，通信电路108可以包括实现从IGFCI到中央记录器的单向通信的发射器，或者实现IGFCI和中央记录器之间的双向(双方向)通信的收发器。
可以使用电力线载波技术实施通信电路108，电力线载波技术可被用于各种远程控制应用，例如照明控制。电力线载波技术涉及在AC线电压上叠加高频(相对于60Hz的AC功率信号)。电力线载波协议(即数据格式)包括X10、Cebus和Echelon。这些系统中的每一个均采用包括载波频率、比特率、编码格式、唯一地址、命令行等的独特协议把动作传送到远程接收器。Cebus和Echelon系统是双向通信协议，采用收发器电路用于确认。X10系统是单向通信协议。
可以使用其他的通信技术实施通信电路108。例如，可以使用射频(RF)发射器，它具有具超过100英尺范围，比同等的电力线发射器更小并且消耗更少的功率。通过电力线传送信号要求相对较高的功率和较大的发射元件，包括线路驱动晶体管和线路隔离输出变压器。因此，使用低功率RF传输技术能够减小GFCI的尺寸和封装要求。但是，100英尺的范围可能不足以把数据传送到仅仅几个建筑物远的记录计算机。在另一种技术中，收发器可以位于中央记录器，例如在建筑物地板的中央。中央收发器可以从规定距离内的几个GFCI接收信号。收发器可以是电力线或者RF收发器，随后，所述收发器能够在更大距离上转发(中继)信号。
电力线载波，或者Echelon RF或Cebus RF协议可以包括处理噪声灵敏度的电路。因为来自任何一个GFCI的信号均可能是不频繁的，所以利用每一个编码分组的从GFCI到收发器以及从收发器到中央记录器的多重传输，可以获得提高的传送可靠性。此外，中央收发器可以包括双向传输技术，它辅助信号确认，进一步提高了长距离传输可靠性。如果AC功率触点120开路并且GFCI设备被错误配线，电源(未示出)可以给智能电路104提供功率。或者，通信方法可以包括音频(AF)，它也被包括在Cebus或Echelon协议内。此外，在单向结构(只可传输电路)中，微控制器可以包括冲突避免技术，例如产生随机数来防止多个GFCI试图同时传送，尽管在Cebus和Echelon可以具有针对冲突避免的规定。
如上面所解释的那样，公开了自测试IGFCI的两个实施方案。在自动复位实施方案中，通过在施加AC功率后闭合继电器触点，IGFCI被自动地复位。在手动复位实施方案中，在IGFCI可运转之前，IGFCI必须被用户或者微控制器电路手动地复位。在这里公开的IGFCI的自测试版本中，微控制器电路可以提供自动复位和手动复位功能。
自动复位实施方案
在自动复位实施例中，通过在重新施加AC功率后闭合继电器触点自动复位GFCI。可以包括本地通告器(视觉指示器122和听觉指示器124)以便警告用户查看几个IGFCI中的特定IGFCI。但是，因为IGFCI设备包括自测试功能，所以可能没有必要以适当的间隔警告用户测试设备。相反，当设备被错误配线、发生接地故障或者自测试或用户测试失效时，通告器可以被激活。本地通告器也可以被用来帮助用户在在几个IGFCI和中央记录器之间建立通信期间找到特定IGFCI。在一个实施方案中，线路输入的正边沿(+ve)被用来定时本地听觉和/或视觉警告。当发生以下状况时，微控制器可以导致听觉和视觉指示：
●设备被首次供电时，或者在长得足以复位微控制器的电力中断时间段之后。
●如果自测试选项不可用，30天定时器到期。如果自测试选项可用，则如果自测试未在设定时间内被完成，则激活指示器。
●设备在接地故障后跳闸。
●测试按钮被按下(如果输出还未被使能)。
如果在输入中未检测到变化，则线路+ve边沿可被用来递减计数器，所述计数器可以提供用于听觉和/或视觉输出的定时。如果视觉和听觉输出被禁止，则线路+ve边沿可被用来递减一系列计数器，所述一系列计数器在30天后提供超时(即通过对+ve边沿计数)。如果使用双向通信，则中央记录器116可以对30天周期计数，并给IGFCI发送自测试的命令(或者通告用户必须测试IGFCI)。
如果在输入中检测到变化，则在若干个采样上验证输入的变化以过滤因例如噪声和触点反射的因素所致的不正确的输入。当输入的变化得到验证时，智能电路依据输入的新状态和先前的状态动作。智能电路按输入状态的下列变化动作：测试、负载和线路。当测试按钮未被按下时，测试信号可以是半波的，并且当按钮被按下时为零。
用户测试
IGFCI 106允许用户测试GFCI 102。如果智能电路104确认对测试、负载、线路的输入的变化为(0，1，1)，则测试按钮已被按下。三比特二进制样式(0，1，1)代表测试、负载和线路信号的状态。测试和复位标志序列中的第一个标志被置位。视觉和听觉输出被使能。
如果测试按钮按下之后，开路触点的输入变化(0，1，1)被确认，则标志序列中的第一标志被复位，并且第二标志被置位。
如果随着第二序列标志被置位，闭合触点的输入变化(1，1，1)被确认，则第三标志被置位，并且第二标志被去除。
自测试
IGFCI 106提供自测试功能来测试GFCI 102。微控制器接通其自动测试(AUTO_TEST)信号。如果智能电路104确认输入变化到(0，1，1)，则测试电路继电器触点(与测试按钮并联)已经闭合。手动测试标志序列中的第一标志被置位。视觉和听觉输出也可以被使能。
在测试电路继电器触点闭合以后，如果开路触点的输入变化(0，1，1)被确认，则第一标志序列被复位，并且第二标志被置位。自动测试信号被关断。自动复位(AUTO_RESET)信号被接通足够的时间供GFCI电路(见图2A)中的SCR(SC1)关断。然后，自动复位信号被关断。
如果随着第二序列标志被置位，闭合触点的输入变化(1，1，1)被确认，则第三标志被置位并且第二标志被去除。
上面的两个事件序列均代表对断路设备的有效测试。在用户测试序列中，测试按钮被按下，设备跳闸并使触点开路。然后，当用户复位设备时，触点被闭合。在自测试序列中，自动测试信号接通测试电路继电器，并且设备跳闸并使触点开路。然后，自动复位信号将设备复位，并且触点闭合。如果任一测试的正确顺序未被遵循(例如当测试按钮被按下时设备没有跳闸，或者设备未复位)，则视觉和听觉输出开始或继续，以指示测试序列故障。在有效的用户或自测试序列完成之后，第三序列标志的产生导致30天定时器被启动，并且视觉和听觉输出被禁止。当30天定时器到期时，设备自测试，或者使能听觉和视觉输出，直到完成有效的手动测试为止。因此，每30天，设备被测试，或者提醒用户测试该设备。
接地故障或错误配线
如果开路触点被确认(0，0，1)而没有在先的测试按钮按下，则假设已经发生了接地故障。视觉和听觉输出被使能，指示要求有效的用户测试序列。注意，不执行自测试功能，以鼓励用户在将IGFCI复位之前来到设备处并分析情况。
如果该单元被错误配线，则触点不能被闭合。这是因为连续运行继电器线圈被从设备的线路侧供电。为了在施加AC功率后闭合触点，继电器必须拉动闭合的触点。这要求设备线路侧上的功率，这在错误配线条件下不能实现，除非触点被闭合。
如果单元被错误配线，则当触点开路时出现输入状态(0，1，0)或者(1，1，0)。当这个输入装备被验证时，使用微控制器的指令周期作为时钟使能视觉和听觉输出。听觉和/或视觉输出可以无限地继续，直到从该设备去除功率为止。当设备被正确地配线并且有效的用户或自测试序列被执行时，可以停止听觉和/或视觉输出。
基于连续运行继电器的GFCI可以被配置成在功率施加到设备后以两种不同方式工作：自动或者手动复位。利用自动复位电路，在施加功率后，GFCI自动闭合功率中断触点。利用手动复位电路，在施加功率后，GFCI不闭合功率中断触点。在触点将闭合之前，设备必须被用户或者设备复位。
转到通信电路108，在单向配置的实施方案中，IGFCI只能传送信号。在双向结构中，IGFCI能够传送和接收信号。利用单向结构，IGFCI与中央记录器通信，并能够以规律的间隔传送其状态，或者每当其状态变化时传送其状态。各IGFCI能够维持30天测试周期的计数，并按要求执行测试和复位周期。利用双向通信，中央记录器能够依次轮询每一个IGFCI，并命令IGFCI报告其状况。中央记录器也可以发送通告、测试和复位(即开路或闭合功率中断触点)的命令。开路IGFCI的功率中断触点并保持其开路的进一步的命令在火灾警报期间可能是有用的，以切断部分AC线的功率，以使次生火灾不会发生。利用双向通信实施方案，中央记录器也能够保持30天测试周期的计数，并以系统的方式测试和复位其全部的IGFCI。
利用包含手动复位电路和双向通信的IGFCI，可以防止IGFCI在功率被去除并重新施加到其后复位。例如：
1.接地故障发生并且未被清除。
2.存在瞬间丢失并且功率回到IGFCI。
3.中央记录器(具有电池备份)记得存在未清除的接地故障，并且不传送复位IGFCI的信号。
下面的描述详述了以作为地(GND)的线路中性端为参考的GFCI电路和智能电路。使两个电路参考相同的GND是有益的，因为这避免了使用两个光耦，在功率和封装的空间都很珍贵的情况下，使用两个光耦既浪费功率也浪费空间。但是，使GND参考线路中性端不是必须的。一些GFCI电路通过GFCI电源中的全波电桥参考浮动地。如果全波电桥被在电源和输入信号中使用，则所示的智能电路可以参考相同的浮动地。参考线路中性端的电路的实施方案相对于参考GND的结构可以具有两个益处。首先，如果线载波通信被使用，则这个结构可以使把通信电源与GFCI或者智能电路电源相组合更容易。第二，如果将来能够制造运转具有非常低的截止电流的AC电流的电子开关，则电子开关能够直接代替IGFCI中的测试电路。
图2A示出了具有自动复位功能的IGFCI的原理图。IGFCI包括图1的GFCI电路部分102和智能电路104。
GFCI电路部分102包括微电路U2，例如RaytheonTM的型号为RV4141A的低功率接地故障中断器。微电路U2与通常情况下闭合、锁存的继电器一起工作，所述继电器被到达电磁线圈的短功率脉冲串开路。微电路U2适于和连续运行继电器一起工作。这种继电器在功率被施加到继电器线圈126时闭合，并且当功率被去除时开路。该继电器耦合到功率中断触点120以断开和形成线路和负载侧之间的传导路径。
可以从线路相导体通过二极管D1和电阻器R8给微电路U2供电。微电路U2内的电容器C5和电压基准能够为GFCI微电路U2产生27V电源。二极管D1也能通过R8为继电器线圈126提供功率，电阻器R8能够限制通过所述线圈的电流。电容器C1和C7通过产生跨过线圈的DC电压分量并抑制线圈被关断时的暂态电压，能够辅助继电器线圈126的工作。
当发生接地故障时，电流流经差分变压器T1的次级绕组。电阻器R2把这个电流转换为用于GFCI微电路U2的输入的电压。R3是用于微电路U2内的放大器的反馈电阻器，并且可以被用于接地故障的电平，在所述电平，微电路在其SCR引脚(引脚7)上产生“高”输出信号。电容器C4是用于微电路内的整合级的外部电容器，它能够帮助过滤噪声。
微电路U2也能够检测接地中性线故障。这由地-中性端变压器(T2)实现。电容器C2能够提供噪声抑制，并且电容器C3能够防止T2次级上信号的DC分量到达微电路U2。当发生接地故障或者足够强度的中性端到地故障时，在微电路U2的SCR输出(引脚7)产生“高”输出信号。这触发SCR(SC1)，从而将电阻器R5和R6之间的节点下拉到大约0.5V。电容器C6是噪声抑制滤波器，提供对能够触发SCR(SC1)的高频AC线脉冲的抗干扰。
在正常工作期间，当不存在接地故障时，高压晶体管Q2的基极为高。这是因为晶体管Q2被通过由电阻器R29、R5、R6和R7提供的分压器从27V DC电源驱动。晶体管Q2导通，并且电流流经继电器线圈126，这继而将继电器触点120闭合。随着触点闭合，来自线路侧的AC功率被提供给IGFCI的负载侧。
当检测到接地故障时，微电路U2的SCR输出(引脚7)变“高”，并且SCR SC1被触发(即传导电流)。电阻器R5和R6之间的节点被下拉到大约0.5V，并且晶体管Q2关断。通过继电器线圈126的电流被去除，并且继电器触点120开路。因此，当检测到接地故障(或者中性端到地故障)时，去往IGFCI的负载侧的功率被中断。
GFCI电路102也包括复位电路。复位电路包括瞬时开关SW1，它可以被(用户)闭合以便在接地故障已被清除时将设备复位。闭合开关SW1使电流从SCR SC1绕过，这导致SCR SC1关断(即停止传导电流)。当开关SW1返回其通常为开路的状态时，如上所述，晶体管Q2再次被驱动导通，并且继电器线圈126被通电，从而闭合触点120。
GFCI电路102也包括测试电路。测试电路包括瞬时开关SW2，它在(被用户)闭合时导致电流通过电阻器R4流到负载相和线路中性端之间的差分线圈外部。选择R4的值以产生GFCI微电路U2的接地故障阈值之上的人为接地故障电流。因此，当开关SW2被闭合时，GFCI微电路U2检测触发SCR SC1的接地故障，并通过开路触点120中断该电路。测试和复位电路配置允许GFCI电路被测试。
在图2A下半部分中示出了智能电路104。智能电路104可以被从设备的线路侧和负载侧通过导体112和114供电。因此，无论设备是否被错误配线或者中断触点120是开路还是闭合，智能电路都被供电。电源电路可以提供代表线路信号和负载信号上的功率的输入信号(未示出)。这些信号可以被用来确定触点是否开路以及线路导线是否已经被连接到负载端子。
在图2A的实施方案中，功率被从线路相端子通过限流电阻器R13和二极管D2提供给智能电路104。当线路相端子上的电压相对于线路中性端子为正时，电流流经二极管D4，从而通过电阻器R15对电容器C8充电。齐纳二极管Z1把跨过电容器C8的电压限制到15V。同时，电流流经电阻器R16和二极管D6，从而对电容器C9充电。
功率还被从负载相端子通过限流电阻器R14和二极管D3提供给智能电路104。当负载相端子上的电压相对于线路中性端子为正时，电流流经二极管D5，从而通过电阻器R15对电容器C8充电。如上所述，跨过电容器C8的电压被齐纳二极管Z1限制到15V。同时，电流流经电阻器R17和二极管D7，从而对电容器C9充电。跨过电容器C9的电压被两个齐纳二极管Z2和Z3限制到5V。
如果使用浮动地，则在智能电路104的电源中可以使用全波整流。
电容器C9能够为微控制器110提供电源电压。电容器C9的值足以只利用来自设备的负载或线路侧的电流维持5V DC。电容器C8为包括视觉指示器122(例如LED)和听觉指示器1243听觉指示器124(例如压电蜂鸣器)的本地通告器提供电源电压。电容器C8的值足以只利用来自负载侧或线路侧的电流维持15V DC。
跨过齐纳二极管Z2的电压可被用来给微控制器U2提供代表在设备的线路侧上存在电压的输入信号。微控制器U2的输入引脚被通过二极管D8从跨过齐纳二极管Z2的电压驱动。电阻器R12确保线路输入引脚在未被线路信号驱动时被保持为接地。被此结构产生的半波线路信号也驱动微控制器110的定时器的外部输入。因此，线路信号也被用于定时，并用于向微控制器110指示何时轮询输入。
微控制器110不使用来自测试按钮(SW2)的测试信号来辅助微控制器110的定时和轮询功能，因为该电路参考线路中性端。当测试按钮(SW2)未被致动时，测试信号被半波整流，但是当按钮被致动时，其被拉到零。闭合测试按钮(SW2)把测试输入节点连接到线路中性端子。
当测试按钮(SW2)未被致动时，出现在测试输入节点的60Hz AC电压被元件R2、D10和Z4转换为5V方波。当测试按钮被按下时，电阻器R10确保微控制器110的测试输入引脚被拉低。以和线路信号类似的方式，跨过齐纳二极管Z3的电压被用来提供代表设备的负载侧上的AC电压的5V方波。跨过齐纳二极管Z3的电压被用来通过二极管D8驱动微控制器110的输入。电阻器R11确保负载输入引脚在未被负载信号驱动时被保持为接地。
如上所述，微控制器110被从由电源提供的5V DC供电。加电复位电路包括晶体管Q3、电阻器R20、R21、R23、R19和电容器C12。当首次施加功率时，加电复位电路确保微控制器110的复位引脚被保持为低，直到电源充电到接近5V为止。而且，当存在瞬时失去到该电路的功率时，如果提供给微控制器110的电压下降得太低，加电复位电路把复位引脚拉低，从而复位微控制器。因此，微控制器不被复位则电源上的低电压不能擦除微控制器的易失性存储器。
用来驱动微控制器110的时钟电路确定微控制器指令周期的速度。这个时钟电路包括晶体X1、电阻器R18和电容器C10和C11。晶体的振荡频率必须相对较低，在数百千赫兹的量级，供微控制器电路以小于0.5mA工作。
三个输入即线路、负载和测试被连接到微控制器110的三个输入/输出引脚。线路输入也可以被连接到定时器/中断输入引脚，以使微控制器110能够检测线路信号上的正边沿(斜坡)。在AC的正半周期期间，微控制器110能够始终在输入处轮询，通过在AC周期中的其他时间对其进行测试防止输入的错误诊断。或者，微控制器可以使用测试输入的负边沿，因为当测试按钮未被致动时其被半波整流，并且当测试按钮被致动时被全波整流。
微控制器110可获得被称为工厂测试(FACTORY_TEST)的第四输入。如果在加电复位后工厂测试引脚被保持在VDD，则微控制器110能够运行测试微控制器软件的所有功能的子例程。以这种方式，在所有部件已被焊接到印刷电路板之后，智能电路104能够在工厂中被测试。IGFCI的一般用户可能不能访问工厂测试输入，因为其将被封闭在设备中。这对于在生产期间的质量保证目的是有用的。
微控制器110能够产生四个输出：LED输出、压电输出、自动测试和自动复位(LED_OUT、PIEZO_OUT、AUTO_TEST和AUTO_RESET)。这不包括驱动通信电路所需的输出。LED输出信号可以通过电阻器R25驱动晶体管Q6的基极。晶体管Q6能够控制本地视觉指示器122，例如发光二极管LED1。电阻器R30可以限制通过发光二极管LED1的电流。压电输出信号能够通过电阻器R24驱动晶体管Q5的基极。当压电输出信号为低时，则晶体管QS关断。当压电输出信号为高时，则晶体管Q5驱动听觉指示器124，例如压电蜂鸣器。在一个实施方案中，该蜂鸣器以大约3-4KHz工作。压电蜂鸣器和发光二极管可以被从15V DC电源驱动，所以它们不拉低来自微控制器的电源电压。
当从IGFCI要求视觉和听觉输出时，发光二极管和压电蜂鸣器可以被例如如下驱动：
1.两输出都关断1.4秒钟
2.发光二极管接通0.1秒钟
3.两输出都关断1.4秒钟
4.压电蜂鸣器接通0.1秒钟
5.回到步骤1
以这种方式驱动视觉和听觉输出能够使保持15V DC电源的电容器C1在交替输出之间再次充电。这使得电路能够以小于0.5mA的电流工作。
在替换的实施方案中，来自微控制器110的输出信号在接通时能够是稳定的5V，当关断时是0V(GND)，而不是让软件在接通时产生3-4KHz输出并在关断时为GND。微控制器110输出可被用来驱动振荡器电路或具有内部振荡器的压电晶体。
自动测试输出可被用来对电路的GFCI部分102进行自测试。这个输出上的正信号能够通过电阻器R27激活测试电路继电器线圈。这等同于致动测试按钮(SW2)。电流通过电阻器R4流出负载相端子和线路中性端子之间的差分线圈。选择电阻器R4的值以提供超过GFCI微电路U2的接地故障阈值的人为接地故障电流。因此，当测试电路继电器触点被闭合时：GFCI检测到接地故障，触发SC1并断开该电路。以这种方式，电路被测试。正自动测试输出被继续，直到检测到电路跳闸为止。
在自测试的替换实施方案中，任何与测试开关并联的电气控制开关可被用来分流足够的AC电流以产生接地故障。如果测试电路继电器不能被从微控制器110的引脚直接驱动，则微控制器引脚可被用来驱动晶体管，该晶体管继而驱动测试电路继电器的线圈。继电器和其触点不必非常大，因为继电器仅针对数十个毫安量级的电流闭合和开路。
电阻器R27能够限制流经测试电路继电器线圈的电流。注意，限流电阻器R4在测试按钮(SW2)的负载相侧。这要求产生测试信号的节点在测试按钮的负载相侧。
如果测试电流继电器以短路方式故障，则IGFCI将跳闸。这是安全状况。如果测试电路继电器以开路方式故障，则尽管自测试功能不工作，测试按钮仍可以被用来将设备跳闸。
自动复位输出可被用来在设备已被自动测试信号跳闸以后复位该设备。当微控制器110在自动复位线上产生正输出时，晶体管Q4被驱动导通。电阻器R28能够限制到晶体管Q4的栅极的电流和电压，并且当自动复位输出不存在时，电阻器R9把晶体管Q4的基极拉到地。当晶体管Q4导通时，电阻器R29和电阻器R5之间的节点被拉到低电压。这使SCR(SC1)缺乏电流，导致其关断。当自动复位信号被去除，并且晶体管Q4关断时，晶体管Q2返回导通状态，这激活继电器线圈126，闭合触点并复位该设备。注意，如果晶体管Q4以短路方式故障，则晶体管Q2将关断，因而导致到负载的功率被中断。这是安全状况。如果晶体管Q4以开路情况故障，则因接地故障所致，GFCI电路仍能够跳闸(SC1仍能够工作)，所以这也是安全状况。
注意，如果自动复位输出被保持为高，则IGFCI的继电器触点开路并且被无限期地保持开路。
从设备的线路侧供电的连续工作继电器的益处是如果发生错误配线，则设备不能被智能电路复位或者通过解除触发SC1复位。在继电器能够被激活以保持继电器触点闭合之前，它们可以被手动地闭合。
图2B示出了手动复位GFCI电路的原理图。如上面所解释的那样，可以提供两个类型的连续工作继电器GFCI：自动复位和手动复位。上述自动复位类型在施加功率后自动地闭合GFCI触点120。在手动复位类型中，触点120在施加AC功率后不自动闭合。相反，该电路必须由用户手动复位(或者由智能电路复位)。
SCR(SC2)被与高压晶体管Q2串联放置。该电路和上述自动复位类型类似。这里将描述额外的电路和操作。当功率被施加到该电路时，晶体管Q2导通，但是SCR SC2关断。为了闭合触点120(或者在设备已经跳闸后将其复位)，可以闭合瞬时复位按钮SW3。当复位按钮SW3被闭合时，电流被提供给两个路径。第一，电流流经电阻器R31、二极管D12和电阻器R26以导通晶体管Q4，这把SCR SC1解除触发。第二，电流也流经电阻器R31、二极管D11和电阻器R9以触发SCR SC2。当复位按钮SW3被开路并且晶体管Q2被再次驱动导通时，GFCI 102闭合触点120。电容器C14和C13确保SCR SC2在复位开关开路以后保持导通足够长，供电流开始流经Q2，因而锁定SCR SC2导通。
现在，自动复位输出通过齐纳二极管Z5被连接到电阻器R31和二极管D12及D11之间的节点。齐纳二极管Z5可以具有大约2.5V的齐纳电压，并确保GFCI在智能电路加电时不复位。开启自动复位输出具有和闭合复位按钮SW3类似的效果。如果自动复位输出被保持为高，则GFCI触点120将开路并被保持开路。
软件和通信
自测试功能和到中央记录器的通信能力不必被组合应用。即，IGFCI可以具有一个或两者的功能。因此，一种实施方案包括自测试独立设备，其中，由该设备中的微控制器做出自测试的决策。另一种实施方案可以具有与中央记录器通信但是不具有自测试能力的设备。在所述第二种情况下，GFCI的状况(或者状态)被传送到远程(中央)位置，但是用户仍必须手动地测试GFCI。而且，通信可以是单向或者双向的。即，IGFCI可以分别是只传送，或者既传送也接收。IGFCI可以既具有自测试功能也具有通信功能。
本公开内容的IGFCI可以被以自测试功能/无自测试功能和单向/双向通信的不同组合来设置。为了简化描述，假设通信能力。可能的组合是：
无自测试功能，具有单向通信
无自测试功能，具有双向通信
自测试功能，具有单向通信
自测试功能，具有双向通信
包括了用于“无自测试-单向通信”以及“自测试-双向通信”实施例的流程图。第一组流程图(图3-6)示出了对远程信令能力的要求，并且第二组(图7到12)示出了为了提供自测试和双向通信特征所要求的调整和增加。
中央记录器处的收发器/人员接口能够提供各种配置或者显示IGFCI状态信息。中央记录器的大小和功耗可以不像安装在单排出线盒中的IGFCI那样受限制。中央记录器可以具有电池备份或者非易失性存储器，所以即使在中央记录器失去了AC功率，它也能够存储并恢复各个IGFCI的地址和状态。而且，在中央记录器处要求的软件进程或处理通信所需的那些软件进程，可以被以任何期望的方式实施。这些进程可能依赖于通信协议和要求在中央记录器处显示的信息量。
表II示出了由微控制器设置的IGFCI标志的状态和传送到中央记录器的信号。
Figure GSB00000796236900221
表II
在多功能断路器的情况下，例如GFCI-AFCI组合，微控制器的输入(及其软件)可被更改，以提供关于什么种类的故障使设备跳闸的信息。不同的信号可以被发送到中央记录器，包括接地故障、电弧故障和/或过电流故障。
指示“30天结束”的信号可被用来区分加电复位时的通告。
如果除了“通告”信号以外的所有信号都被使用，则中央记录器仍将知道何时通告，而且能够具有关于IGFCI什么状态的信息。如果使用所有其他信号，则“开始通告”和“停止通告”信号是冗余的。中央记录器将知道用户测试序列是否已经失败，因为在“测试后开路”信号之后的一定时间段内它将接收不到“成功的测试序列”信号。
如果对IGFCI在被要求的测试之间的30天时期期间以定期间隔来确认正常工作状态是有用的，则可以包括“正常工作”为被传送的状态。如果这未被完成，则IGFCI将静默30天，直到其发送“30天结束”信号为止。有规律的“正常工作”信号对于检查特定IGFCI是否仍在传送可能有用。如果中央记录器在所分配的时间内未接收到“正常工作”信号，则中央记录器可以警告用户IGFCI或者中央记录器和IGFCI之间的连接可能有故障。
对传送“正常工作”信号的替换将是IGFCI发送30天周期中剩下的天数。这可以用两种方式实现。
当30天定时器计数经过被定义为“剩余29天”、“剩余28天”、“27...”等的数字时，触发传输。
可以使用1天计数器。当这个日计数器变为零时，第二个“三十计数”寄存器被递减。如果“三十计数”寄存器不是零，则其新值被作为30天周期中的剩余天传送，并且1天计数器被复位。如果“三十计数”寄存器是零，则传送“30天结束”信号，并且IGFCI开始通告。
流程图(图3到6B)示出了到通信电路的输出与IGFCI实施方案接口的情况。这些流程图示出了比“通告开始/停止”传输更“富含信息”的传输代码集合。
在每一个到中央记录器的传输期间，IGFCI发送其状态和代表特定IGFCI地址的唯一代码。IGFCI上的Dip开关可以设置这个地址，或者唯一地址可以被编码在IGFCI软件中。
当首次供电时，IGFCI把其地址(和用于通告的代码)发送到中央记录器。以这种方式，中央记录器确定其显示状态的IGFCI的数量并为IGFCI保留地址、显示器上的行的正确量，或者LED的数量。当每一个通告IGFCI被首次测试并复位时，安装者能够把每一个IGFCI分配到特定中央指示器并将其标记(例如浴室5插座出口3)。为了替换IGFCI 5，安装者可以给新IGFCI提供和旧的那个相同的地址。当采用先前未使用过的地址将额外的IGFCI添加到网络时，中央记录器识别该新IGFCI并允许其被配置。安装者必须确保两个IGFCI不具有相同的地址。
无自测试-单向通信
在这个实施例中，IGFCI只把其状态传送到中央记录器，它不能从中央记录器得到命令。而且，IGFCI依靠用户手动地测试和复位GFCI电路。如果使用单个网络来把几个IGFCI连接到中央记录器，则通信协议需要具有用于多个同时抵达的信号的协议。这是因为可能有时候几个IGFCI同时传送。
如表I中所示，每当IGFCI变化到新状态时，用于这个远程信令IGFCI实施例的软件包括IGFCI状态的传输。
表I
  输入、标志和寄存器的状态   远程信号
  通告标志1-＞0   停止通告
  通告标志0-＞1   开始通告
表I示出了一种可能的远程信令IGFCI的简单形式。IGFCI发送信号以便“开始通告”和“停止通告”。然后，中央记录器将和IGFCI同时通告，并且当IGFCI处的通告被成功的测试序列关闭时停止通告。
图3是不具有自测试的远程信令IGFCI的主程序的流程图300。IGFCI被初始化(步骤302)以便把硬件和软件复位到已知的开始位置。如果施加了工厂测试输入(步骤304)，则运行上述工厂测试(步骤306)。或者，通告标志被设置(步骤308)，并且“旧输入”被设置为(0，0，0)，其中所述3位二进制数代表(测试，线路，负载)。IGFCI传送“加电复位”信号(步骤310)并启动IGFCI的加电复位。在加电复位完成以后，IGFCI微控制器被设置以检测其定时器/中断引脚上的正向边沿(步骤312)。当在该引脚上检测到正边沿时发生中断，这在下面在图4中详述。从这一点，软件进入循环。定时器服务标志被监视(步骤314)。当定时器服务标志被设置时，则执行下面描述的定时器服务例程(步骤316)。或者，软件监视输入标志是否已经从先前(或旧的)输入变化了(步骤318)。如果是，则软件分支到下面描述的子例程(步骤320)以便确认已经接收到新的输入并关于IGFCI的新状态时新输入分类。然后，软件检查序列复位标志(步骤322)。如果该标志指示还未运行(用户或定时器)自测试，则软件循环回到监视定时器服务标志(步骤314)。或者，在循环回到监视定时器服务标志(步骤314)之前，通告标志和序列复位标志被去除，并且周期(30天)定时器被重新开始(步骤324)。
图4是流程图400，示出了IGFCI设备的中断服务例程的一种实施方案。当发生中断时，检查中断是否被定时器中断触发(步骤402)。如果不是，则已经发生错误，并且错误计数器被递增(步骤406)，并且中断标志被去除(步骤408)。程序前进到退出(步骤410)以避免积累封闭循环错误。或者，如果在(步骤402)中断不是来自定时器，则通过经微控制器I/O端口读取当前的3位输入信号测试、线路和负载来轮询输入信号(步骤404)。如果在和被记录为“旧输入”的3位输入比较时(步骤412)，当前的3位输入相同，则定时器服务标志被设置(步骤416)。如果它们不同，则设置输入变化标志(步骤414)，并且当前的3位输入被存储为称做“新输入”的变量(步骤418)。然后，去除定时器中断标志(步骤420)。
图5是图3的IGFCI主例程的定时器服务子例程的一种实施方案的流程图500。当定时器标志被设置时(见图3步骤314)，可以进入这个例程。通告标志被检查(步骤502)。如果通告标志被设置，则递减警告序列计数器(步骤504)并且按需要改变LED和蜂鸣器输出信号(步骤506)，即生成所要求的听觉和视觉指示器。如果该标志未被设置，则30天计数器被递减(步骤508)。如果已经经过了定期间隔(步骤510)，则信号被传送(步骤512)到中央记录器，指示正常工作和/或剩余天。如果尚未经过定期间隔(步骤510)，则检查30天定时器(步骤514)。如果已经经过30天，则设置通告标志(步骤516)，并且IGFCI把已经过30天传送到中央记录器(步骤518)。在退出之前，定时器服务标志被复位(步骤520)。
图6A和图6B示出了分类和确认新输入的例程的一种实施方案的流程图600。针对值(0，1，0)或(1，1，0)即线路/负载颠倒状况检查变量“新输入”(NEW_INPUT)(步骤602)。如果是，则设备通过例如对输入多次采样来验证是否存在错误配线状况(步骤604)。如果错误配线状况被验证(步骤606)，则把指示错误配线的信号传送到中央记录器(步骤608)，并且视觉和听觉指示器被连续地通告(步骤610)且不能被停止，除非从该设备移去电功率。如果错误配线状况未被验证(步骤606)，则设备检查(步骤612)变量新输入是否等于(0，1，1)。如果是，则设备验证(步骤614)测试按钮是否被按下。如果测试按钮按下被验证(步骤616)，则设置已验证(VERIFIED)和测试按下(TEST PRESS)标志(步骤618)，并且IGFCI把按下测试按钮信号传送到中央记录器(步骤620)。如果测试按钮按下未被验证(步骤616)，则检查新输入(NEW_INPUT)变量是否等于(0，0，1)(步骤622)，即开路电源中断触点。如果是，则设备验证(步骤624)触点是否开路。如果开路触点被验证(步骤626)，则已验证(VERIFIED)和通告(ANNUNCIATE)标志被设置(步骤628)，并且测试后触点开路信号被传送(步骤634)到中央记录器。然后检查测试按下标志是否被设置(步骤630)。如果是，则序列开路(SEQ_OPEN)标志被设置，并且测试按下标志被去除(复位)(步骤632)。如果测试按下标志设置未被验证(步骤630)，则接地故障信号被传送(步骤636)到中央记录器。
针对值(1，1，1)，即闭合功率中断触点检查变量新输入(步骤638)。如果是，则设备验证(步骤640)触点是否闭合。如果闭合触点被验证(步骤642)，则已验证标志被设置(644)。然后检查序列开路标志是否被设置(步骤646)。如果是，则序列复位标志被设置，并且序列开路标志被去除(复位)(步骤648)。设备把成功测试序列信号传送(步骤650)到中央记录器。
在例程返回之前，检查是否已设置已验证标志(步骤652)。如果是，则变量“旧输入”被设置成和变量“新输入”相同(步骤654)。输入变化标志被复位(步骤656)，并且子例程返回到调用程序。
无自测试-双向通信
这个实施例和“无自测试-单向通信”实施例类似。包括双向通信意味着中央记录器能够轮询其与之联系的IGFCI。这减少了从各个IGFCI传送的数据的冲突。如果很多IGFCI被链接到一个中央记录器，则数据冲突可能使数据从IGFCI到中央记录器的传输放慢。通过使用双向通信，中央记录器能够从IGFCI接管信号的管理，并且也能够发送出有限数量的命令。中央记录器能够发送的命令包括：
IGFCI地址+传送当前状态
IGFCI地址+传送30天周期中的剩余时间
IGFCI地址+通告开启
IGFCI地址+通告关闭
从IGFCI可获得的传输可以和“无自测试-单向通信”实施例的相同。但是IGFCI的状态的传输可以由IGFCI微控制器识别被传送的来自中央记录器的命令触发。
当中央记录器首次加电时可以完成设置。例如，假设每一个中央记录器“单元”的IGFCI的最大数量是16。此外，假设有16个“组代码”把属于一个单元的IGFCI组与另一个单元中的IGFCI进行区分。加电后，中央单元将轮询在其组中的16个号码中的每一个，记录存在多少IGFCI。当每一个通告IGFCI被首次测试和复位时，每一个IGFCI可以被标记并被分配特定的中央指示器。或者，每一个IGFCI可以被分配并被标记为专用“分配”功能的一部分。这个功能将告知特定IGFCI将其通告开启(并确保所有其他的关闭)，以便容易定位。用户将分配和标记特定IGFCI，并且当用户完成时中央单元将关闭通告。
一旦设置，则中央单元能够以定期间隔一次一个地轮询其组的成员。双向通信也使得可以使中央记录器对30天周期计数。这可能比使所有IGFCI在不同时间到期更有益处。如果所有的IGFCI同时到期，则同时测试和复位它们是更简单的操作。此外，如果30天通告由中央记录器控制(利用24小时电池备份时钟)，则通告可以在夜间被关闭，或者只在某些时间被开启(例如当清扫人员正穿过建筑物时)。如果一个单元由于接地故障或者颠倒配线所致已经在通告，则使用中央单元对30天周期计数，则从IGFCI传输“30天结束”和“剩余X天”可能不是必须的。
自测试-单向通信
在本结构中，IGFCI保持30天计数，并确定该设备何时应该自测试和复位。和在“无自测试-单向通信”实施例中一样，IGFCI只能把其状态传送到中央记录器，它不能从中央记录器获取命令。但是，IGFCI不依靠用户来测试和复位GFCI电路。IGFCI软件和硬件确定何时运行自测试。如果使用单个网络来把几个IGFCI连接到中央记录器，则在通信协议中必须存在某种形式的冲突避免。这是因为可能有时候几个IGFCI全部同时在试图传送。
IGFCI能够传送到中央记录器的状态已经增加1：
  输入、标志和寄存器的状态   远程信号
  保持开路标志＝1   触点保持开路
表III
“触点保持开路”状态已被包括，因为这个状态需要被与以下区别：
1.触点在测试和复位序列期间开路；和
2.触点在接地故障以后开路
当微控制器接收到中断其通过开启“自动复位”信号并保持它开启进行保护的电路的激励时，“保持开路”标志被设置。以这种方式，触点被保持开路，直到接收到进一步的激励(或者设备注意到瞬时失去功率)为止。在IGFCI接收到适当输入后，IGFCI将去除自动复位输出和“保持开路”标志。“正常工作”传输可被用来向中央记录器指明触点不再被保持开路。在这个“单向通信”实施例中，IGFCI不从中央记录器获取命令。保持开路的激励必须来自微控制器的输入，例如检测IGFCI何时过热的输入。
自测试-双向通信
在这个实施例中，中央记录器能够接收IGFCI状态的数据，并控制通信业务，并且也能够传送指令到IGFCI，包括关闭(或开启)和执行测试及复位序列。而且，“自动复位(AUTO_RESET)”可以被保持为“高”，并且IGFCI跳闸——即使当IGFCI通常将会复位。
IGFCI地址+传送当前状态
IGFCI地址+传送剩余时间(在30天周期中)
IGFCI地址+通告开启
IGFCI地址+通告关闭
IGFCI地址+测试和复位
IGFCI地址+保持开路
IGFCI地址+复位(注意：在任何时间中央记录器也不能命令IGFCI保持其触点闭合。如果存在接地故障，IGFCI可以总是跳闸。)
下面描述的是IGFCI对来自中央记录器的命令的响应。注意，除非命令具有和IGFCI相同的地址，否则IGFCI将不响应。
Figure GSB00000796236900291
Figure GSB00000796236900301
通过发送“保持开路(HOLD_OPEN)”命令来关闭所有的IGFCI的能力在例如在火灾期间，将较大区域上的功率关断从而在电线退化时防止进一步着火时将会有用。
在具有手动复位能力的IGFCI中，当供电中断后供电恢复时，中央记录器能够决定IGFCI是否应该被复位(闭合其触点)。利用其电池备份，中央记录器能够保留每一个IGFCI上的信息，并且如果IGFCI具有接地故障或者被保持开路，则它将不发送复位信号。实际上，它可以发送“保持开路”信号以确保设备不被用户复位，直到在中央记录器处故障被调查并清除后为止。
图7到12是用于具有双向通信和自测试能力的IGFCI的软件的实施方案的流程图。注意，因为IGFCI能够自测试，所以如果测试序列在设置的时间段内未被完成则开始通告而非在30天标记处开始通告更为有益。
图7示出了用于具有双向通信和自测试能力的IGFCI的主程序的实施方案的流程图700。IGFCI被初始化(步骤702)以便把硬件和软件复位到已知的开始位置。如果施加了工厂测试输入(步骤704)，则运行上述工厂测试(步骤706)。或者，IGFCI设置(步骤708)通告标志，并且把“旧输入”设置为(0，0，0)，其中所述3位二进制数代表(测试，线路，负载)，并且IGFCI微控制器检测其定时器/中断引脚上的正向边沿。当在该引脚上检测到正边沿时发生中断，这在下面在图8中详述。从这一点，软件进入循环。定时器服务标志被监视(步骤714)。当定时器服务标志被设置时，则执行下面描述的定时器服务例程(步骤716)。或者，软件监视输入标志是否已经从先前(或旧的)输入变化了(步骤718)。如果是，则软件分支到下面描述的子例程(步骤720)以便确认已经接收到新的输入并关于IGFCI的新状态对新输入分类。IGFCI检查(步骤726)是否从中央记录器接收到保持标志的命令。如果是，则在子例程中对远程命令进行服务(步骤72g)，如下所述。如果不是，则针对0(零)值检查循环计数器(步骤730)。如果循环计数器是零，则通告颠倒配线(或错误配线)(步骤732)。然后，软件检查序列复位标志(步骤722)。如果该标志指示还未运行(用户或定时器)自测试，则软件递减循环计数器(步骤734)，并循环回到监视定时器服务标志(步骤714)。或者，在循环回到监视定时器服务标志(步骤714)之前，通告标志和序列复位标志被去除(复位)(步骤724)。
图8是流程图800，示出了IGFCI设备的中断服务例程的一种实施方案。当发生中断时，检查中断是否被定时器中断触发(步骤802)。如果不是，则已经发生错误，并且错误计数器被递增(步骤806)，并且中断标志被去除(步骤808)。程序退出(步骤810)以避免积累封闭循环错误。或者，如果在(步骤802)中断不是来自定时器，则通过经微控制器I/O端口读取当前的3位输入信号测试、线路和负载来轮询输入信号(步骤804)。如果在和被记录为“旧输入”的3位输入比较时(步骤812)，当前的3位输入相同，则定时器服务标志被设置(步骤816)。如果它们不同，则设置输入变化(INPUT_CHANGE)标志(步骤814)，并且当前的3位输入被存储为叫做“新输入”的变量(步骤818)。然后，去除定时器中断标志(步骤820)。
图9是图7的IGFCI主例程的定时器服务子例程的一种实施方案的流程图900。当定时器标志被设置时(见图7步骤714)，可以进入这个例程。通告(ANNUCIATE)标志被检查(步骤902)。如果通告标志被设置，则递减警告序列计数器(步骤904)并且按需要改变LED和蜂鸣器输出信号(步骤906)，即生成所要求的听觉和视觉指示器。如果该标志未被设置，则30天计数器被递减(步骤908)。如果30天定时被IGFCI实例化，则检查内部30天定时器(步骤914)。如果已经经过30天，则调用子例程来运行自测试和复位(步骤922)。在另一种实施方案中，30天定时可以由中央(或者远程)位置监视。在这种实施方案中，步骤908、914和922被跳过。在退出之前，定时器服务标志被复位(步骤920)。
图10A和图10B示出了分类和确认新输入的例程的一种实施方案的流程图1000。针对值(0，1，0)或(1，1，0)即线路/负载颠倒状况检查变量“新输入(NEW_INPUT)”(步骤1002)。如果是，则设备通过例如对输入多次采样来验证是否存在错误配线状况(步骤1004)。如果错误配线状况被验证(步骤1006)，则去除输入变化标志(复位)(步骤1008)，并且听觉指示器被连续地通告(步骤1010)且不能被停止，除非从该设备移去电功率。如果错误配线状况未被验证(步骤1006)，则设备检查(步骤1012)变量新输入(NEW_INPUT)是否等于(0，1，1)。如果是，则设备验证(步骤1014)测试按钮是否被按下。如果测试按钮按下被验证(步骤1016)，则设置已验证(VERIFIED)和测试按下(TEST PRESS)标志(步骤1018)。如果测试按钮按下未被验证(步骤1016)，则检查新输入(NEW_INPUT)变量是否等于(0，0，1)(步骤1022)，即开路电源中断触点。如果是，则设备验证(步骤1024)触点是否开路。如果开路触点被验证(步骤1026)，则已验证(VERIFIED)和通告(ANNUNCIATE)标志被设置(步骤1028)，并且测试后触点开路信号被传送到中央记录器。然后检查测试按下标志是否被设置(步骤1030)。如果是，则序列开路(SEQ_OPEN)标志被设置，并且测试按下标志被去除(复位)(步骤1032)。如果测试按下标志设置未被验证(步骤1030)，则通告标志被设置(1036)。
针对值(1，1，1)，即闭合功率中断触点检查变量新输入NEW_INPUT(步骤1038)。如果是，则设备验证(步骤1040)触点是否闭合。如果闭合触点被验证(步骤1042)，则已验证标志被设置(1044)。然后检查序列开路标志是否被设置(步骤1046)。如果是，则序列复位(SEQ_RESET)标志被设置，并且序列开路标志被去除(复位)(步骤1048)。
在例程返回之前，检查是否设置了已验证标志(步骤1052)。如果是，则变量“旧输入”被设置成和变量“新输入”相同(步骤1054)。输入变化标志被复位(步骤1056)，并且子例程返回到调用程序。
图11示出了服务命令子例程的实施方案的流程图1100。子例程对从中央记录器接收的命令做出响应。IGFCI针对指示IGFCI的状态上的变化的“新输入”标志进行检查(步骤1102)。如果是，则接收到的命令被存储在IGFCI存储器中，并且设置保持命令(COMMAND_ON_HOLD)标志(步骤1106)，以使以后可以执行该命令。如果不是，则锁定本地中断(步骤1104)。针对保持功率中断触点开路的指令对命令进行检查(步骤1108)。如果是，在“自动复位”输出被设置为高(步骤1110)。如果不是，则IGFCI针对执行IGFCI的测试和复位的指令对命令进行检查(步骤1112)。如果是，则运行下面描述的用于自动测试和复位(步骤1114)的子例程。如果不是，则针对复位IGFCI的指令对命令进行检查(步骤1116)。如果是，则自动复位输出被设置为开启(步骤1118)六十分之一(1/60)秒，即大约一个功率周期，然后，自动复位被设置为关闭(步骤1120)。如果不是，则针对设置“通告开启”的指令对命令进行检查(1122)。如果是，则通告标志被设置为开启(步骤1124)。如果不是，则针对设置“通告关闭”的指令对命令进行检查(步骤1126)。如果是，则通告标志被设置为关闭(步骤1128)。如果不是，并且已经检查过上述其他指令之后，IGFCI把IGFCI的当前状态传送(步骤1130)到中央记录器。本地中断被使能并且在子例程结束之前去除保持命令标志(步骤1132)。
图12示出了自测试和复位例程的实施方案的流程图1200。针对开路状况检查功率中断触点(步骤1202)，开路状况指示IGFCI已经被触发。如果是，则不运行自测试，并且子例程返回调用程序。如果不是，则例如一(1)秒定时器被启动(步骤1204)。自动测试输出被开启(步骤1206)以模拟IGFCI的故障状况。为了确认触发IGFCI，针对开路状况检查功率中断触点(步骤1208)。IGFCI继续监视功率中断触点，直到1秒定时器超时(步骤1210)。如果定时器超时(步骤1210)并且功率中断触点还未开路，则开启通告标志(步骤1212)。如果功率中断触点开路(步骤1208)，则自动测试输出被关闭，并且自动复位输出被开启六十分之一(1/60)秒，然后被关闭。检查功率中断触点的闭合(步骤1216)。IGFCI继续监视功率中断触点，直到1秒定时器超时(步骤1218)。如果定时器超时(步骤1218)并且功率中断触点还未闭合，则通告标志被开启(步骤1212)。如果功率中断触点被确认闭合(步骤1216)，则1秒定时器被关闭(步骤1220)并且子例程返回到调用程序。
其他实施例在下列权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种故障电路中断设备，包含：
a)一组触点，用于在线路和负载侧导体之间形成和断开传导路径；
b)自测试电路，用于测试和复位故障电路中断设备并把其结果传送到远程设备，所述电路包含：
i)微控制器；
ii)耦合到所述微控制器的通信电路，所述通信电路用于向远程设备传递故障电路中断设备的状态；
c)故障电路，其输入端耦合到所述微控制器的输出端，所述故障电路用于从所述微控制器接收断开信号，并用于选择性地将所述触点组打开以便进行自测试，
d)连续运行继电器，被配置成当功率被移除时打开所述触点，该连续运行继电器包括：
i)继电器线圈，被配置成当功率从所述线圈被移除时打开所述触点；
ii)硅可控整流器，被配置成选择性地允许功率被提供到所述继电器线圈；
iii)晶体管，与所述硅可控整流器和所述微控制器通信，所述晶体管被配置成选择性地将功率提供到所述硅可控整流器，以便选择性地驱动所述硅可控整流器，来控制所述继电器线圈选择性地打开和闭合所述触点。
2.如权利要求1所述的故障电路中断设备，其中，所述自测试电路包含双方向传输能力。
3.如权利要求1所述的故障电路中断设备，其中，所述微控制器被配置成在触点已被打开后重新将触点闭合。
4.如权利要求3所述的故障电路中断设备，还包含视觉指示器。
5.如权利要求3所述的故障电路中断设备，还包含听觉指示器。
6.如权利要求1所述的故障电路中断设备，其中，所述自测试电路被配置成在所述故障电路中断设备上产生自动测试或自动复位。
7.如权利要求1所述的故障电路中断设备，其中，所述微控制器被配置成分析电气耦合到所述故障电路中断设备的电气设备中的漏电状况。
8.如权利要求7所述的故障电路中断设备，其中，所述微控制器被配置成分析漏电的大小和时间。
9.如权利要求7所述的故障电路中断设备，其中，所述微控制器还包括存储器，其中所述存储器用来存储与漏电状况有关的一组数据。
10.如权利要求9所述的故障电路中断设备，其中，所述微控制器被配置成确定是否存在与所述的一组数据的偏差。
11.如权利要求10所述的故障电路中断设备，其中，所述微控制器被配置成执行以下功能中的至少一个：
在发现漏电状况中的偏差之后打开所述触点；和
向远程中央记录器传达异常漏电状况。
12.一种用于测试故障电路中断设备的方法，包含：
从包含微控制器的控制设备发送至少一个控制信号到包含微电路的故障电路中断设备，以生成至少一个状况；
通过来自所述微电路的信号使一组触点跳闸；
感测对所述至少一个控制信号的至少一个响应；
把包含所述至少一个响应的报告传送到远程设备，包括报告是否存在误配线状况，和
通过向继电器线圈施加功率来闭合所述的一组触点，从而在所述触点跳闸之后闭合所述触点，其中通过向晶体管提供功率以便从硅可控整流器移除功率从而允许功率流入继电器线圈来向继电器线圈施加功率。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述控制设备执行下列步骤：
确定自测试是否已经成功地完成。
14.如权利要求13所述的方法，还包含在所述触点已被跳闸以后闭合所述触点的步骤。
15.如权利要求12所述的方法，还包含分析电气耦合到所述故障电路中断设备的电气设备中的漏电状况的步骤。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述分析漏电状况的步骤包括分析漏电的大小和时间。
17.如权利要求16所述的方法，还包括存储与漏电状况有关的数据，以生成电压、频率和电流的可接受值的范围的步骤。
18.如权利要求17所述的方法，还包括确定是否存在与所述可接受值的范围的偏差的步骤。
19.如权利要求18所述的方法，其中如果确定存在偏差，则所述方法还包括使所述触点跳闸的步骤。
20.如权利要求18所述的方法，其中如果确定存在偏差，则所述方法还包括通知远程中央记录器的步骤。
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