implementação de uma matriz de neurônios em fpga para

IMPLEMENTAÇÃO DE UMA MATRIZ DE NEURÔNIOS EM FPGA
PARA A DESCRIÇÃO DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS
GENÉRICAS
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Carlos Alberto de albuquerque Silva , Prº. Dr. Adrião Duarte Doria Neto , Prº. Dr. José Alberto Nicolau de
3
Oliveira
Bolsista PRH-14 ANP, [email protected], 1Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, 2Departamento de Engenharia de computação e Automação, Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, 3Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Rio Grande do
Norte
Resumo
A instrumentação eletrônica é amplamente utilizada na Engenharia do Petróleo e gás natural,
permitindo dentre várias aplicações, o monitoramento de sistemas, controle e automação de processo.
A complexidade de muitos dos processos na cadeia produtiva, por exemplo, no refino, na
petroquímica, nas unidades de processamento de fluídos, tornam atrativas as estratégias de controle
distribuído. A implementação destas estratégias requer o uso de instrumentação eletrônica adequada.
Diante do exposto, propõe-se uma plataforma de software embarcado, cujo software
implementado será uma Rede Neural do tipo Perceptron de múltiplas camadas (MLP), treinadas com
o algoritmo backpropagation, para operação em tempo real, capaz de executar algoritmos e estratégias
de controle distribuído voltadas a aplicações na indústria do Petróleo e Gás Natural.
Um dos desafios tecnológicos da minha pesquisa é alcançar alta produtividade e atender
exigências de time to market o lançamento hoje, e nos próximos anos, de sistemas dedicados para
certo domínio de aplicações deve ser sustentável por metodologias de projetos que envolvam o reuso
de componentes e que sejam baseados em plataformas, tanto no âmbito do software quanto no de
hardware.
Esperam-se como resultados do projeto, a definição de um algoritmo baseado em sistemas
inteligentes, ou seja, mais especificamente uma estrutura algorítmica que implemente uma rede neural
do tipo Perceptron de múltiplas camadas (MLP). Esse algoritmo depois de implementado em C deve
ser recodificado em VHDL para que possa ser sintetizado em blocos lógicos e em seguida embarcado
em um FPGA, onde o mesmo possa assegurar um ambiente mais seguro em relação à detecção e
correção de falhas dos equipamentos ligados a indústria do petróleo e gás natural.
Devido aos aspectos legais e comerciais envolvidos, é comum observar, principalmente nas
estações de medição mais importantes, que os fornecedores de gás e os recebedores operam de forma
independente os seus próprios sistemas de medição, sempre verificando se as diferenças entre ambas
as medições estão dentro das tolerâncias acordadas entre as partes por meio de instrumentos
contratuais detalhados. Nesse sentido, pode se dizer que o principal objetivo de um sistema de
medição de gás natural é o de realizar medições exatas e confiáveis dos volumes de gás, por meio do
uso de equipamentos controlados e técnicas de medição reconhecidas, que possam assegurar níveis de
erro e incerteza aceitáveis para as medições, e que atendam aos requisitos e limites de normas e
regulamentos da indústria do gás.
Se considerarmos, por exemplo, um erro total de 1% equivalente da transferência do volume de
gás natural produzido em um dia no Brasil (média de 25 milhões de m3/dia) até o consumidor final,
implicaria em uma diferença de aproximadamente 250 mil m3. Se esse erro persistir por 100 dias
consecutivos, essa diferença equivaleria a aproximadamente um dia inteiro da produção média
nacional. Analisando pelo âmbito econômico, de acordo com o anuário estatístico da Agência
Nacional do Petróleo (ANP), em 2005 a média nacional do preço do gás natural foi 337,63 R$/mil m3.
Assim, essa diferença de 250 mil m3 citada acima equivaleria à aproximadamente 337, 63×250 = 84,
4075 mil reais por dia.