安全仪表系统作为保障工艺装置生产安全的重要构成,在石油化工等领域中被广泛地应用。最终执行元件作为安全仪表系统中关键的组成部分,若发生危险性安全功能失效将会使得整个安全仪表系统的功能安全完整性受到影响。现今对最终执行元件所进行的功能安全完整性检测,未能从最终执行元件的实际工况出发,没有通过最能够反应其功能安全完整性变化的各工况参数来进行分析和检测,无法科学地反应其功能安全完整性检测的客观价值。因此,进行安全仪表系统最终执行元件功能安全完整性检测研究具有重要的研究意义和应用价值。本文通过对最终执行元件的典型失效模式进行分析,选取反应其功能安全失效的表征参数,研究基于马氏距离的最终执行元件功能安全失效表征方法,利用马氏距离的Box-Cox变换构建最终执行元件失效表征模型,实现最终执行元件功能安全失效表征;根据对最终执行元件工作原理和动态响应的分析,给出了基于微激励动态响应和基于PWM波的最终执行元件动态响应检测技术,解决在役期间最终执行元件因工作特性而无法任意进行动作测试,使得关键失效参数无法进行测量的问题;研究失效表征参数的在线检测技术,针对具体的应用背景和实验需求,给出了最终执行元件功能安全完整性检测系统的结构和模块框架;结合虚拟仪器技术实现了数据采集、通讯接口、数据处理、操作功能等软件模块的设计与编写;利用最终执行元件功能安全完整性检测系统进行失效参数的检测,对安全仪表系统最终执行元件功能安全完整性检测技术进行了验证。实验结果表明,所进行的基于最终执行元件机理的动态特性仿真分析反应了最终执行元件的动态响应过程;根据所给出的系统软硬件集成框架,基于虚拟仪器技术构建开发的最终执行元件功能安全完整性检测系统各功能模块能够协调地、有效地运行,所研究的功能安全失效表征方法能够通过失效表征参数准确地对最终执行元件的功能安全失效进行表征。