automação e controle industrial

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AULA 6 
AUTOMAÇÃO E 
CONTROLE INDUSTRIAL 
Profª Carla Eduarda Orlando de Moraes de Lara 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Prezados, no decorrer de nossas aulas, já estudamos os tipos de 
indústrias, os elementos sensores e atuadores, responsáveis por fornecer 
informações e executar as ações oriundas dos controladores. Aprendemos 
também os tipos de sistemas de controle. Além disso, estudamos a robótica 
industrial, que, em muitos casos, substitui o trabalho humano, e abordamos, 
ainda, a troca de informações entre todos esses dispositivos, a qual é realizada 
por meio das redes industriais. 
Todos estes elementos são responsáveis pela formação de sistemas 
industriais cada vez mais complexos e com isso fica um questionamento: quem 
controla todos esses dispositivos e é capaz de fornecer informações sobre eles 
em tempo real? 
Respondendo a essa questão, finalizaremos nossa disciplina com o estudo 
dos sistemas supervisórios, cuja função é monitorar e fornecer dados para que 
um operador possa controlar a planta industrial. O desenvolvimento de sistemas 
supervisórios foi fundamental para a expansão do uso da tecnologia no ambiente 
industrial, promoveu a descentralização dos processos, fenômeno que vem 
ocorrendo em todas as áreas e não apenas na indústria. Por isso, o conhecimento 
desses sistemas na área de automação industrial é crucial. Vamos então 
conhecer um pouco mais sobre eles. 
TEMA 1 – INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS SUPERVISÓRIOS 
Sistemas supervisórios são sistemas digitais de monitoramento e operação 
de plantas industriais que gerenciam as variáveis do processo. Essas 
informações, por serem dinâmicas, são atualizadas a todo momento e podem ser 
armazenadas em bancos de dados para registro histórico (Moraes, 2010). O 
operador do sistema pode ter acesso a monitorar as variáveis do sistema e até 
intervir em algum processo em tempo real, se necessário (Santos, 2014). 
O sistema de supervisão também é conhecido como sistema de supervisão 
e aquisição de dados, do inglês supervisory control and data acquisition (SCADA), 
o qual, além de concentrar variáveis de plantas industriais, pode monitorar e/ou 
intervir em dispositivos de forma remota, acessando plantas locais, regionais ou 
internacionais através de sua rede. 
 
 
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Em uma planta industrial, as medições e aquisições de dados são 
realizadas por sensores, conforme já estudado e esses dados são interligados em 
unidades de processamento, as quais podem ser os controladores lógicos 
programáveis (CLP) ou unidades terminais remotas (RTU), responsáveis pela 
compilação das informações, deixando-as preparadas para serem utilizadas em 
telas do sistema supervisório. 
Os sistemas de supervisão trabalham com uma variável de sistema 
denominada tag, a qual está atrelada a uma entrada ou saída física de um 
equipamento de controle (Santos, 2014). A tag normalmente traz consigo duas 
informações, sendo estas o valor da variável monitorada, como temperatura e o 
timestamp que representa o momento de medição da variável. Com essas 
informações, é possível criar um banco de dados e realizar estatísticas, como 
representado na Figura 1. Analisando-a, é possível observar a medição de 
temperatura no eixo vertical e o tempo em que foi realizada a medição no eixo 
horizontal. 
Figura 1 – Gráfico de temperatura 
 
Considerando que um sistema de automação industrial lida com diversas 
variáveis, um banco de dados de um sistema supervisório gerencia e armazena 
informações sobre vários processos ao mesmo tempo, sendo assim, todos os 
dados são alocados em sua memória. 
Outra maneira interessante de analisar um sistema SCADA é dividindo este 
em setores. Segundo Santos (2014), esses setores podem ser definidos em: 
• Estação de supervisão: onde é realizada a interação entre o operador 
humano e o sistema. Por meio de interfaces, o operador obtém informações 
 
 
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em tempo real sobre o processo e é possível realizar intervenções e/ou 
ações de controle, as quais podem ocorrer tanto dentro da planta industrial 
quanto em lugares geograficamente afastados, dando mais flexibilidade ao 
sistema. 
• Sistema de controle e/ou aquisição de dados: este sistema é 
responsável por adquirir dados do processo, por meio dos sensores, e 
controlar os atuadores. Podem ser compostos por CLPs ou outros 
dispositivos de controle, aos quais são associados os sensores e os 
atuadores. Os dispositivos precisam converter as informações 
provenientes dos sensores, interpretá-los, enviar comandos aos atuadores, 
ou ainda solicitar ao operador alguma intervenção caso necessário. 
• Infraestrutura de comunicação: é responsável por conectar a estação de 
supervisão ao sistema de controle e/ou aquisição de dados. Sem esse elo 
de conexão que permite a troca de informações entre os sistemas, seria 
impossível o fluxo de dados, inviabilizando o uso dos sistemas 
supervisórios. 
Além disso, o emprego dos sistemas de supervisão traz muitas vantagens 
para a planta industrial, as quais englobam desde impactos financeiros, como 
diminuição de alguns custos com instrumentos e peças, até controle e 
manutenção facilitadas, devido às características do sistema. 
TEMA 2 – FUNCIONALIDADES DE UM SISTEMA SCADA E GERAÇÕES 
Neste tema, estudaremos as principais características e funcionalidades 
dos sistemas SCADA, além de discutirmos as gerações que os sistemas SCADA 
tiveram ao longo do tempo, as quais estão diretamente relacionadas com a 
evolução de outros dispositivos. 
2.1 Características funcionais de um sistema SCADA 
Trataremos agora das principais características funcionais dos sistemas 
SCADA, sobre as quais existe um consenso entre os autores Rosário (2005) e 
Santos (2014), que afirmam que os sistemas possuem funcionalidades como: 
• arquitetura aberta de comunicação; 
• troca de dados dinâmica; 
• geração de relatórios e planejamento de tarefas; 
 
 
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• banco de dados e históricos; 
• interface gráfica; 
• gerenciamento de alarmes; 
• comunicação com outras estações SCADA; 
• comunicação com sistemas externos/corporativos. 
Todas essas funcionalidades tornaram os sistemas SCADA úteis para a 
automação industrial, porém discutiremos agora algumas delas com mais 
detalhes. 
Quando falamos de possuir uma arquitetura aberta de comunicação, isso 
implica na possibilidade do desenvolvimento de programas customizados para 
atender às necessidades dos clientes do sistema de supervisão. Além disso, a 
troca dinâmica de dados permite uma maior flexibilidade na operação do sistema. 
Segundo Rosário (2005), o protocolo de troca de dados entre aplicativos, 
chamado de dynamic data exchange (DDE), opera somente quando existe 
atualização de dados. Outra característica interessante é que o DDE permite o 
processamento de dados oriundos de um aplicativo por ferramentas de outro, 
neste contexto, um operador pode manipular dados em planilhas em tempo real, 
por exemplo. 
A geração de relatórios e planejamento de tarefas são outras 
funcionalidades muito importantes do sistema SCADA. Por meio das funções de 
emissão de relatórios, é possível emitir relatórios complexos em intervalos de 
tempos de minutos, além de existir a possibilidade de gerenciar o agendamento 
de emissões destes. Quando falamos de planejamento de tarefas, o sistema 
supervisório permite a programação e a execução de tarefas, considerando data 
e hora, minimizando custos e maximizando energia. 
2.2 Gerações dos sistemas SCADA 
Assim como vimos com os controladores lógicos programáveis e com os 
robôs industriais, os sistemas SCADA também sofreram evoluções com o tempo, 
por isso é usual classificá-los em quatro gerações, conforme Santos (2014). 
A primeira geração compreende o período de 1970 a 1990 e é chamada de 
sistemas “monolíticos”. Esses primeiros sistemas foram concebidos em uma 
época na qual as redes de comunicação ainda não eram comuns, logo, os 
sistemas não eram conectados a outros.Os protocolos de comunicação eram 
 
 
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proprietários, sendo assim a comunicação era possível apenas em equipamentos 
de mesmo fabricante. Outro ponto importante desta geração é que eles eram 
empregados em aplicações específicas ou então em partes de um processo 
maior. 
A segunda geração vai de 1990 a 2000 e é chamada de “distribuídos”, além 
disso, essa geração conta com uma rede de comunicação LAN. Devido à 
possibilidade de conexão em rede, o sistema é dividido em estações distribuídas 
que lidam com informações, comandos e processamentos. O fato de as tarefas 
serem divididas entre as estações acabava diminuindo os custos da aquisição de 
computadores, uma vez que já não era mais necessário um grande computador. 
Porém os protocolos de comunicação ainda eram proprietários e não tinham 
padrões definidos. 
Já na terceira geração que vai de 2000 a 2010 e recebe a denominação de 
“rede”, existe a possibilidade de reduzir um sistema supervisório complexo em 
componentes simples e interligados por meio de protocolos de comunicação. 
Além disso, o sistema pode ser espalhado por mais de uma rede LAN e com 
possibilidade de estarem separados geograficamente, colaborando com a 
descentralização dos sistemas. Neste cenário, vários sistemas SCADA são 
executados simultaneamente. 
Por fim, temos a quarta geração, a partir de 2010, chamada de Internet of 
Things (internet das coisas), cuja principal característica é a computação em 
nuvem, empregada cada vez mais e que vem trazendo benefícios, como: redução 
de custos com infraestrutura, manutenção facilitada e melhor integração. O uso 
do ambiente computacional em nuvem também possibilita a implementação de 
algoritmos de controles mais complexos. Ainda, o uso de protocolos de 
comunicação abertos proporciona níveis mais adequados de segurança e 
integração de equipamentos de diversos fabricantes. 
 
 
 
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TEMA 3 – ARQUITETURAS DE UM SISTEMA SCADA 
Os sistemas supervisórios podem obedecer diferentes arquiteturas de 
sistema de forma geral, sendo que a arquitetura representa a forma que os 
equipamentos físicos presentes na planta em questão serão interligados com o 
sistema SCADA, e como as aquisições de dados e o tratamento de informações 
serão feitos (Santos, 2014). As arquiteturas mais utilizadas são: 
• SCADA com CLP; 
• SCADA com Barramento Fieldbus; 
• SCADA com SingleLoop e/ou Multiloop; 
• SCADA com Sistema de Controle Digital Direto (CDD). 
Para ser considerada uma arquitetura real, ela deve satisfazer alguns 
requisitos de desempenho, como para redes de sensores e comandos: 
• agregar mais dispositivos posteriormente; 
• enviar comandos ou fazer leitura de mais de um dispositivo 
simultaneamente através de multicast ou broadcast; 
• utilizar padrão aberto de rede. 
Além disso, existem requisitos para a rede de dados também, como: 
• alto desempenho, se referindo à\ velocidade de transmissão de dados; 
• possibilidade de utilização de redundância para tratamento de falhas. 
Para uma melhor compreensão, vamos abordar um pouco cada arquitetura 
SCADA citada anteriormente. 
3.1 SCADA com CLP 
A arquitetura SCADA com CLP é utilizada quando o sistema de supervisão 
e controle está geograficamente distribuído, podendo processar dados 
localmente. Uma representação geral da arquitetura SCADA com CLP pode ser 
identificada na Figura 2, na qual temos a interface com o sistema supervisório, o 
sistema de controle, os sensores e atuadores e planta industrial. 
 
 
 
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Figura 2 – Representação da arquitetura SCADA com CLP 
 
 
Fonte: elaborado com base em Santos (2014). Créditos: Emmeewhite/ Shutterstock; 
AVIcon/Shutterstock E SoleilC/Shutterstock. 
A arquitetura ainda pode ser dividida em três segmentos, sendo eles: 
centralizada, modular e em rede de comunicação. Os três segmentos serão 
exemplificados a seguir. 
3.1.1 Arquitetura centralizada 
Nesse tipo específico de arquitetura, todas as informações dos sensores e 
atuadores são levadas para o CLP de forma cabeada, em que o CLP faz a 
interface com o sistema supervisório. Esse tipo de solução não é versátil, uma vez 
que não permite a adição de sensores ou atuadores de forma simples no sistema, 
necessitando sempre de uma adição de infraestrutura para passagem dos cabos. 
3.1.2 Arquitetura modular 
Na arquitetura modular, o CLP continua sendo a interface central do 
sistema, porém, são adicionados módulos remotos de entrada e saída na planta, 
conectados através de uma rede industrial. Essa abordagem reduz o volume e os 
custos de implantação do sistema de comunicação. 
3.1.2 Arquitetura em rede de comunicação 
A arquitetura com rede de comunicação é a mais recomendada dentre as 
três arquiteturas com CLP, em que os módulos de entrada e saída remotos são 
instalados com o processo a ser monitorado e se comunicam com a central 
através de uma rede que interliga não só os dispositivos de campo com o CLP, 
mas também permite que mais CLPs sejam adicionados à rede. 
 
 
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3.2 SCADA com barramento Fieldbus 
O sistema SCADA com barramento Fieldbus funciona de maneira parecida 
ao sistema com CLP. Nessa arquitetura, uma rede Fieldbus, seja ela de protocolo 
aberto ou fechado, interliga tanto os equipamentos de controle (como CLPs) 
quanto equipamentos de campo (como sensores e atuadores). Se a rede utilizar 
um protocolo aberto, é possível unir equipamentos que transmitam informações 
por protocolos diferentes na mesma rede, por exemplo, utilizar um medidor de 
temperatura que utiliza o protocolo HART e um atuador pneumático Profibus PA. 
Esses equipamentos, se forem compatíveis entre si, poderão participar do mesmo 
barramento Profibus da planta. 
3.3 SCADA com singleLoop / multiLoop 
Os sistemas denominados SingleLoop ou MultiLoop representam sistemas 
SCADA em que o controlador atua no sistema de malhas da planta, realizando 
um controle automático das operações, como o controle proporcional integral 
derivativo (PID). O sistema SingleLoop faz o controle de apenas uma operação, 
como a estabilização de temperatura de uma caldeira, em que pelo sistema 
SCADA, o setpoint de temperatura pode ser alterado e a planta através da malha 
de controle regula a temperatura. O sistema MultiLoop é a junção de vários 
sistemas SingleLoop, ou seja, podemos ter no sistema SCADA todo o controle de 
setpoints de temperatura de uma planta industrial completa. 
3.4 SCADA com controle digital direto 
A arquitetura utilizando controle digital direto (CDD) significa que o sistema 
supervisório e o controlador se encontram no mesmo equipamento, como um 
computador. Os dados, em consequência, são obtidos da planta industrial através 
de dispositivos de aquisição de dados de controle (DAC). Esse tipo de arquitetura 
é comumente utilizado em sistemas ociosos, que não necessitam de medições a 
todo momento, pois a parada do sistema acarreta na paralização de toda a planta 
dependente do sistema. 
TEMA 4 – COMPONENTES DE HARDWARE E SOFTWARE 
 
 
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Os elementos de hardware e software são essenciais para o funcionamento 
de uma planta industrial. Esses equipamentos precisam ser compatíveis entre si, 
tanto no quesito hardware quanto em software, ou a planta ficará desfalcada. 
Algumas propriedades do sistema de hardware são: 
• microcomputador industrial; 
• monitor para visualização do sistema; 
• drivers de comunicação com controladores; 
Além disso, algumas propriedades de software são: 
• Pacote batch: possui informações do processo por lotes. 
• Sistema de relatórios. 
Além dessas propriedades, vamos focar em três pontos importantes ao 
envolvermos hardware e software: equipamentos para integração de redes, 
sistemas operacionais e drivers de comunicação. 
4.1 Equipamentos para integração de redes 
Quando falamos em projetar uma planta industrial, precisamos levar em 
conta que teremos os elementos essenciais à solução, como sensores, atuadores, 
controladores, sistemasde supervisão, entre outros. Esses equipamentos 
fundamentais levam a mais questionamentos que se referem ao objetivo da planta 
a ser desenvolvida, pois cada equipamento possui prós e contras. Esses pontos 
precisam ser considerados para que se tenha o equipamento certo para a planta 
certa. Portanto, algumas perguntas devem ser feitas para avaliar o melhor tipo de 
sistema, como: 
• Tipo de medição que será realizada? 
• Distância entre sensores e controladores? 
• É necessário backup? 
• Existe possibilidade de expansão? 
Com esses questionamentos, é necessário definir como será a arquitetura 
de rede a ser utilizada na planta. Além disso, uma das mais utilizadas é segmentar 
a rede em duas, tendo assim uma rede somente para transmissão de informações 
e outra para controle de variáveis (Santos, 2014). 
Uma forma comum de comunicação é empregar a segmentação de rede 
com o Switch Ethernet, quando utilizada a tecnologia Ethernet. O switch é um 
 
 
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equipamento que evita um problema muito frequente nas redes industriais, o 
consumo de banda de rede, ou seja, é possível limitar o número de requisições 
na rede por tipo de dispositivo ou por cama de rede em um switch, não causando 
gargalos no envio e tratamento de informações. 
4.2 Sistemas operacionais 
O sistema operacional é uma estrutura de software que faz a interface entre 
o dispositivo físico de controle, por exemplo um computador, e o usuário. Em um 
computador convencional, quando ligado, ocorre um processo chamado de 
bootstrapping, em que ocorre uma verificação dos periféricos conectados a esse 
computador e, se tudo estiver em ordem, ele busca o sistema operacional em 
algum dispositivo de armazenagem. 
O sistema operacional recomendado para aplicações SCADA é o Windows, 
pois é a plataforma mais utilizada a nível global e mantém atualizações constantes 
sempre compatíveis com os equipamentos de mercado. Outra alternativa de 
sistema operacional é a plataforma Linux, que também oferece suporte e é muito 
utilizada a nível mundial, porém, não existem muitos fabricantes que priorizem o 
uso desse sistema operacional, fazendo a quantidade de dispositivos compatíveis 
ser muito menor do que quando falamos de Windows. 
4.3 Drivers de comunicação 
Um dos grandes paradigmas da automação industrial e redes industriais 
era conseguir a compatibilidade entre sistemas. Isso, pois normalmente os 
equipamentos de automação de uma planta vêm de diversos fabricantes, que 
normalmente têm sua própria arquitetura de dados e sistemas. Visto esse grande 
problema, algumas tentativas foram realizadas para que houvesse uma 
padronização de comunicação com os dispositivos. Uma das tentativas foi a 
criação do Manufacturing Message Specification (MMS), que não deu certo por 
falta de adeptos (Santos, 2014). 
Com a necessidade de obter esse padrão de comunicação, a Microsoft deu 
início ao desenvolvimento de aplicações que resultou em três tecnologias: 
• Object Linking and Embeding, ou OLE; 
• Component Object Model, ou COM; 
• Distributed Component Object Model, ou DCOM. 
 
 
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Estas tecnologias permitiam que os equipamentos conversassem entre si 
utilizando a mesma rede de comunicação. 
As tecnologias desenvolvidas pela Microsoft foram aceitas de tal forma, que 
uma organização foi criada para tratar desse tema, a OPC Foundation, de onde 
se originou o padrão OPC, do inglês Object Linking and Embeding for Process 
Control. 
O padrão OPC possui uma interface de programação de aplicativos (API), 
que permite que vários dispositivos de diferentes marcas se comuniquem entre si, 
trazendo diversas vantagens, uma delas sendo a possibilidade de realizar um 
código de programação para um dispositivo que pode ser compartilhado entre 
outros dispositivos, uma vez que possuem a mesma comunicação com os 
controladores. 
TEMA 5 – ESPECIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE SUPERVISÃO 
Com os temas anteriores, fomos capazes de entender pontos importantes 
que englobam um sistema supervisório de forma geral. Para conseguirmos 
desenvolver um projeto completo de um sistema SCADA, precisamos analisar 
mais alguns fatores fundamentais para o sistema trabalhe como esperado. 
O uso de plataformas diferentes e dispositivos diferentes podem trazer 
algumas complicações para a planta. Dessa forma, é muito importante adotar 
alguma maneira de padronizar informações e equipamentos, garantindo que todos 
comuniquem corretamente entre si e consigam transmitir informações para o 
sistema central sem problemas, mesmo que necessitem de equipamentos como 
drivers ou interfaces específicas. 
A correta padronização e documentação da solução a ser implantada faz 
com que seja possível uma operação melhor e mais confiável por parte dos 
intermediários. Além de reduzir o tempo de diagnóstico de algum possível 
problema que aconteça nesse meio, é possível que ele seja resolvido de forma 
mais rápida, uma vez que há meios de se identificar o problema de forma ágil e 
eficaz. 
Vamos discorrer mais sobre os temas fundamentais para um correto projeto 
de sistema supervisório: padronização, requisitos, elementos de construção e 
funções de interface. 
5.1 Padronização 
 
 
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Para uma correta padronização de um sistema de supervisão, todos o 
sistema de sensores, atuadores, controladores e mesmo o SCADA precisa ser 
alinhado. Para que a padronização seja feita de forma eficaz, a maioria dos 
fabricantes já segue regras e normas internacionais, por exemplo, a norma IEC 
61131-3, já citada nas aulas anteriores, que descreve como deve ser a 
programação de um controlador lógico programável (Moraes, 2010). 
Outra padronização importante que já citamos aqui vem da OPC 
Foundation, responsável por ditar como é feita a comunicação entre dispositivos 
controladores e o sistema supervisório. 
Todavia, a padronização de produtos e soluções não é a única que tem 
valor dentro de um projeto de sistema supervisório. Também é preciso avaliar a 
forma como a padronização de execução de processos dos operadores e da 
própria indústria, para que ocorra um bom andamento da planta, pois a cultura 
organizacional influencia diretamente na forma com que as padronizações 
ocorrem. 
5.2 Requisitos SCADA 
Para determinar qual o tipo de sistema será utilizado em uma planta 
industrial, é importante determinar quais são os requisitos necessários e 
fundamentais para o funcionamento dessa planta, como a quantidade de 
dispositivos e o tipo de medições/ações que precisam ser realizadas na planta. 
Esses fatores influenciam diretamente em qual solução poderá ser aplicada com 
melhor custo benefício, uma vez que nem sempre a solução mais barata pode ser 
a mais útil. 
É imprescindível analisar pesquisas de mercado como benchmarks de 
diferentes tipos de sistemas para verificar qual melhor se adequa ao tipo de 
operação. Os benchmarks dos sistemas SCADA levam em conta alguns dos 
principais requisitos para seu funcionamento, como: 
• padrão aberto; 
• possuir suporte local; 
• ter renome no mercado, que transmita confiança ao utilizador. 
5.3 Elementos de construção e funções de interface 
 
 
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Para um projeto de sistema supervisório, é importante que haja o chamado 
Dicionário de tagnames, um arquivo que contém o descritivo de todas as variáveis 
do sistema através de nomes. Essas tags são acessadas durante o período de 
runtime do sistema supervisório e faz a integração com a parte gráfica do sistema. 
O armazenamento das variáveis dentro de um controlador também 
necessita seguir um padrão, mesmo não existindo uma regra para isso. Como 
convenção, as variáveis digitais e analógicas semelhantes são agrupadas, para 
facilitar o acesso e a programação (Santos, 2014). 
É importante entender que o sistema supervisório coleta informações dos 
controladores de campo de forma ordenada e organizada. Assim, é importante 
que dentro da memória do CLP as informações também sigam padrões.15 
REFERÊNCIAS 
MORAES, C. C. de. Engenharia de automação industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2010. 
 
ROSÁRIO, J. M. Princípios de mecatrônica. São Paulo: Prentice Hall, 2005. 
 
SANTOS, M. M. D. Supervisão de sistemas: funcionalidades e aplicações. 1. ed. 
São Paulo: Érica, 2014.