JP2007302353A - 巻き取り制御方法 - Google Patents

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修 松崎
Hiroaki Shimazaki
博明 島▲崎▼
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Abstract

【課題】アキュームレータの小容量化及びウェブ材の張力安定化に寄与する巻き取り制御方法を提供する。
【解決手段】アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定し、この目標巻取速度とウェブ材の走行速度とに基づいて巻取ボビンの巻き太り径を算出し、この巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、アキュームレータの小容量化及びウェブ材の張力安定化に寄与する巻き取り制御方法に関する。
電線、ケーブル、ワイヤ、テープ、光ファイバなどのウェブ材は、巻取ボビンに巻き取って蓄積する。その巻き取りの工程では、巻取ボビンの回転速度を制御することによって、巻き取り中のウェブ材の張り具合を均一にし、巻かれたウェブ材に引きつりや弛みがないようにするのが望ましい。
巻取ボビンの回転速度の制御のみで、ウェブ材の張り具合を均一にするのは難しいので、ウェブ材を供給する供給源からウェブ材を巻き取る巻取ボビンまでの走行経路中にアキュームレータを介在させるのが一般的である。アキュームレータは、ウェブ材を巻き掛けて変位することによりウェブ材の余長を吸収することでウェブ材の張り具合を均一にするものである。
図8(a)、図8(b)に示されるように、アキュームレータは、以下の部材を保持する基材である縦ベース81と、この縦ベース81の一端に固定され軸回りにフリー回転可能な固定プーリ82と、この縦ベース81の一端から他端に向けて延びたLMガイド83と、LMガイド83に沿って往復移動可能なスライド台84と、このスライド台84に保持された軸回りにフリー回転可能な可動プーリ85と、スライド台85をLMガイド83に沿って往復移動させるチェーン86と、チェーン86の駆動源であるモータ87と、モータ87の回転をチェーン86に伝えるクラッチ等の伝達機構88とを備える。
固定プーリ82は、同軸に複数のプーリを重ねて構成される。可動プーリ85も同様に同軸に複数のプーリを重ねて構成される。固定プーリ82のウェブ材入口側には入口ガイドプーリ89が設けられ、固定プーリ82のウェブ材出口側には出口ガイドプーリ90が設けられ、入口ガイドプーリ89からのウェブ材91が固定プーリ82の1段目のプーリに掛け回されてから可動プーリ85の1段目のプーリに掛け回され、そのウェブ材91が順次固定プーリ82の次段目のプーリに掛け回されてから可動プーリ85の次段目のプーリに掛け回され、固定プーリ82の最終段目のプーリからのウェブ材91が出口ガイドプーリ90に向かうようになっている。
チェーン86は、モータ87に伝達機構88を介して接続されるチェーン駆動プーリ92と縦ベース81の他端に取り付けられたチェーンガイドプーリ93とに掛けられている。そのチェーン86にスライド台84が連結されているので、モータ87の回転によって、スライド台84をLMガイド83に沿って往復移動させることができる。
スライド台85を移動させると、可動プーリ85の位置が変化し、固定プーリ可動プーリ間距離が変化するので、固定プーリ82及び可動プーリ85の各段のプーリ間に存在するウェブ材91の長さ、つまりアキュームレータが蓄えるウェブ材91の量が変化する。蓄線(余長を吸収して張力を弱める)したいときには、可動プーリ85が固定プーリ82から遠のくように、放線(余長を減らして張力を強める)したいときには、可動プーリ85が固定プーリ82に近付くようにスライド台85を移動させる。
アキュームレータの制御回路は、モータ87や伝達機構88を制御することにより、スライド台85の移動方向、移動量、移動速度を調節し、ウェブ材91の余長を吸収することでウェブ材91の張り具合を均一にする。
アキュームレータには、巻取ボビンが停止から定格回転数に立ち上がる期間や定格回転数から停止まで立ち下がる期間において生じるウェブ材の余長を全て吸収できるだけの容量が要求される。
アキュームレータを有する巻き取り装置における従来の巻き取り制御方法を実現する回路を図3に示す。この巻き取り制御回路31は、アキュームレータの現在位置を検出する位置検出センサ2と、ウェブ材の走行速度を検出する走行速度センサ(図示せず)と、アキュームレータの目標位置を設定する目標位置設定器3と、アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差を算出する偏差演算器4と、その偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定する比例制御器5と、この目標巻取速度から巻取ボビンの目標回転速度を決定して巻取ボビンのモータを駆動する駆動コントローラ32とからなる。
位置検出センサ2はポテンショメータで構成されており、アキュームレータがある方向へ変位するとその変位の大きさに比例して電圧が高くなり、アキュームレータが反対方向へ変位すると電圧が低くなるという現在位置信号#1を出力する。目標位置設定器3はつまみを回すことにより、アキュームレータの目標位置を電圧で表して設定するものである。位置検出センサ2が出力したアキュームレータの現在位置信号#1と目標位置設定器3が出力した目標位置設定信号#1aとが偏差演算器4に入力され、減算により偏差が算出される。
走行速度センサ(図示せず)からはウェブ材の走行速度(引取速度ともいう)が速いときには電圧が高く走行速度が低いときには電圧が低い走行速度信号#3が得られる。偏差演算器が出力した偏差信号#4と走行速度センサが出力した走行速度信号#3とが比例制御器5に入力される。
比例制御器5では、偏差及び走行速度の両信号にそれぞれある適切な係数を掛け合わせてからこれらの信号を加算して、その和を巻取ボビンの目標巻取速度信号#5として駆動コントローラ32に出力する。ここで、偏差が大きいと言うことはアキュームレータが目標位置から大きくずれた位置まで変位しているということであるから、偏差が小さくなる方向にアキュームレータを変位させる必要がある。このとき、アキュームレータが目標位置よりも大き過ぎる位置に変位しているならば、余長が長めになっているということであるから、巻取速度を上げれば変位が小さくなって偏差が解消されるから、目標巻取速度は現在巻取速度よりも高くすればよい。逆に、アキュームレータが目標位置よりも小さ過ぎる位置に変位しているならば、余長が短めになっているということであるから、巻取速度を下げれば変位が大きくなって偏差が解消されるから、目標巻取速度は現在巻取速度よりも低くすればよい。比例制御器5は、両信号に適切な係数を掛けて加算するという簡単な演算を施すことで、結果的に偏差が小さくなる目標巻取速度が得られるようにするものである。
駆動コントローラ32は、目標巻取速度信号#5に基づいてモータに加速又は減速を指令する目標回転速度信号#8を生成する加減速コントローラ33と、その目標回転速度信号#8によって電源からモータへの電力を調節してモータを駆動するモータ駆動部10とからなる。加減速コントローラ33は、巻取ボビンが停止している運転開始から巻取ボビンが定格回転数に達するまでの加速期間と定格回転数の巻取ボビンが停止する運転終了までの減速期間とをそれぞれ図示しないパラメータテーブルに任意に設定できるようになっている。ただし、このパラメータテーブルは巻取ボビンが回転している運転中には変更できないようになっている。
モータ駆動部10は、目標回転速度信号#8に従って3相AC200V電源を巻取ボビンの3相インダクションモータ11に印加するものである。その3相インダクションモータ11には回転速度を検出するためのパルスジェネレータ12が設けられている。モータ駆動部10には、インバータが用いられる。
特開平7−172698号公報
図3に回路を示した従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンが巻き太りによって径が変わっていくことを認識していない。また、走行速度に応じた適切な巻取ボビンの加減速時間を求めることができない。これらのため、次のような問題が生じる。
図4に示されるように、巻取ボビンの回転速度は、運転開始から運転終了までの間に、加速、ウェブ走行速度一定速、減速という変化をする。Δt1が加速期間、Δt2がウェブ走行速度一定速期間、Δt3が減速期間である。ウェブ走行速度一定速期間において回転速度のグラフが右下がりになるのは、巻取ボビンが巻き太りするからである。つまり、ウェブ材を巻き取ることによって巻取ボビンの径が徐々に太くなるので、回転速度を徐々に下げることによって走行速度が一定に保たれる。
しかし、従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度は常に一定である。つまり、加速期間における回転速度のグラフの傾きは常に一定であり、減速期間における回転速度のグラフの傾きは常に一定である。このとき、ウェブ材の走行速度(もちろんウェブ走行速度一定速期間における走行速度のことである;以下、このような注釈は略す)を一定に制御した場合、巻取ボビンの巻き太り径が太いときほど、回転速度の増分が走行速度の増分に大きく寄与するので、減速期間Δt3は短くなる。
図5に示されるように、巻取ボビンに巻き太りという現象が生じ得ないないものと仮定したグラフを示す。このように、運転開始から運転終了までの間、巻取ボビンの径がまったく変化しないのであれば、巻取ボビンの回転速度は、ウェブ材の走行速度と同様に加速、一定速、減速という変化をする。このグラフにおける減速期間Δt4を理想的減速期間Δt4と呼ぶことにする。
図6には、図4と図5を重ね合わせた。実線のグラフは図5と同じく巻き太りという現象が生じ得ないないものと仮定した場合を示し、このグラフに表れている回転速度が0からVwまでの加速期間Δt1、回転速度がVwから0までの理想的減速期間Δt4におけるグラフの傾きを理想的回転加減速の傾きと呼ぶことにする。
破線のグラフは巻き太りという現象がある場合を示す。従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度は常に一定であるから、巻き太りによって回転速度がVrまで落ちていると、減速の際に回転速度がVrから0になるまでの減速期間Δt3は理想的減速期間Δt4より短い。ウェブ走行速度一定速期間Δt2が長くなると、巻き太りによって径が太くなる。径が太くなれば太くなるほど減速期間Δt3が短くなることになる。
図7には、巻き太りによって巻取ボビンが最大径(巻取ボビンの巻き取り能力上、最も太くウェブ材を巻き取った状態における径)となったと仮定したグラフを実線で示す。つまり、回転速度がVrになった時点が最大径の時点である。巻取ボビンが最大径であるときに、走行速度を所望の理想的な減速度で減速するには、回転速度はこれまで説明した回転減速度よりも緩い傾斜の回転減速度とするのが好ましい。なぜなら、回転速度がゆっくり減じても走行速度は速く減じるからである。
さて、このような巻取ボビンが最大径のときの理想的な回転減速度の傾きを、従来の巻き取り制御における回転減速度の傾きとして採用したと仮定する。巻取ボビンに巻き太りという現象が生じ得ないものと仮定した図7の破線のグラフに対して、この理想的な回転減速度の傾きを適用すると、減速の際に回転速度がVwから0になるまでの減速期間Δt6は実線グラフの減速期間Δt4よりΔt7だけ長い。
このときのアキュームレータの動作を考察する。ウェブ材の走行速度は一定であるから巻き太りがあるとした場合に、減速期間Δt4中にアキュームレータによって蓄積されるウェブ材の余長Lrは、(Vr・Δt4)/2である。一方、巻き太りがないとした場合に、減速期間Δt6中にアキュームレータよって蓄積されるウェブ材の余長Lwは、(Vw・Δt6)/2である。Vw>VrかつΔt6>Δt4であるから、Lw>Lrとなる。
このように巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度を常に一定にした制御方法では、ウェブ材の走行速度が一定に維持されるという条件の下で、減速期間が長いほどアキュームレータによって蓄積されるウェブ材の余長が長くなる。アキュームレータは変位を大きすることによって蓄積する余長を長くするのであるから、余長をより長くするためにはアキュームレータが変位できるスペースを大きく確保する必要がある。
つまり、従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンが巻き太りによって径が変わっていくことを認識せず、かつ巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度を常に一定にしているために、アキュームレータを大容量にする必要がある。
また、従来の巻き取り制御方法では、走行速度に応じた適切な巻取ボビンの加減速時間を求めることができないため、アキュームレータと巻取ボビンとの間でウェブ材にかかっている張力を理想的な張力に維持することができない。なぜなら、図6で説明したように、従来の巻き取り制御方法では、巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度は常に一定であるから、巻き太りによって回転速度がVrまで落ちていると、減速の際に回転速度がVrから0になるまでの減速期間Δt3は理想的減速期間Δt4より短い。このため、アキュームレータと巻取ボビンとの間におけるウェブ材の張力は、巻き太りがあるとした場合における減速期間と巻き太りがないとした場合における減速期間とで異なる。一般的には、巻取ボビンの回転速度が速くなるにつれて、ウェブ材の張力が大きくなる。
なお、巻き太りがあるとした場合では、減速期間の開始時点で既に巻き太りによる減速が生じ、さらに、巻太り分だけ早く減速するので、理想的減速時間Δt4より減速期間は短い。理想的減速時間Δt4より減速期間は短いと、巻取ボビンが停止した後も、残りの理想的減速時間においてウェブ材が送り出されるため、ウェブ材の張力が低下してしまう。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、アキュームレータの小容量化及びウェブ材の張力安定化に寄与する巻き取り制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、ウェブ材を供給する供給源からウェブ材を巻き取る巻取ボビンまでの走行経路中にウェブ材を巻き掛けて変位するアキュームレータを介在させることによりウェブ材の余長を吸収する巻き取り制御方法において、アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定し、この目標巻取速度とウェブ材の走行速度とに基づいて巻取ボビンの巻き太り径を算出し、この巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定するものである。
巻き太り径は、ウェブ材の走行速度を目標巻取速度と円周率で除して得てもよい。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
(1)アキュームレータの小容量化に寄与する。
(2)ウェブ材の張力安定化に寄与する。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1に示されるように、本発明の巻き取り制御方法を実現する巻き取り制御回路1は、アキュームレータの現在位置を検出する位置検出センサ2と、ウェブ材の走行速度を検出する走行速度センサ(図示せず)と、アキュームレータの目標位置を設定する目標位置設定器3と、アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差を算出する偏差演算器4と、その偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定する比例制御器5と、この目標巻取速度とウェブ材の走行速度とに基づいて巻取ボビンの巻き太り径を算出する巻き太り径算出回路6と、この巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定して巻取ボビンのモータを駆動する駆動コントローラ7とからなる。
位置検出センサ2、走行速度センサ、目標位置設定器3、偏差演算器4、比例制御器5、モータ駆動部10、3相インダクションモータ11、パルスジェネレータ12は、図3に示した従来の回路に用いたのと同じである。本発明は、従来の回路に対し、巻き太り径算出回路6を加え、駆動コントローラ7の加減速コントローラ9がその巻き太り径を取り込んで目標回転速度の決定に用いるようにしたものである。巻き太り径は、比例制御器5が求めた目標巻取速度とウェブ材の走行速度とから算出することができる。
偏差演算器4と比例制御器5との間に積分器8を設けてもよい。
さて、本発明の巻き取り制御回路1の動作を説明すると、まず従来と同様に、偏差演算器4が出力した偏差信号#4と走行速度センサが出力した走行速度信号#3とが比例制御器5に入力され、比例制御器5では、偏差及び走行速度の両信号にそれぞれある適切な係数を掛け合わせてからこれらの信号を加算して、その和を巻取ボビンの目標巻取速度信号#5として駆動コントローラ7に出力する。そして、本発明では、モータ駆動部10から巻き太り径算出回路6に現在巻取ボビン回転数モニタ信号#9が出力される。
太り径算出回路6には、その現在巻取ボビン回転数モニタ信号#9と走行速度センサからの走行速度信号#3とが入力される。太り径算出回路6は、現在巻取ボビン回転数と走行速度とから太り径を算出する。巻き太り径Bd(m)は、ウェブ材の走行速度Cv(m/min)を現在巻取ボビン回転数Bv(rpm)と円周率πで除して得る。すなわち、 Bd=Cv÷(Bv×π)
である。
太り径算出回路6から駆動コントローラ7の加減速コントローラ9に対して巻き太り径信号#6が出力される。
加減速コントローラ9は、この巻き太り径信号#6と目標巻取速度信号#5とから巻取ボビンの目標回転速度を決定し、その目標回転速度を表す信号として目標回転速度信号#7をモータ駆動部10へ出力する。
図2に示されるように、巻取ボビンの回転速度がVwから0になるまでの減速期間Δt4と回転速度がVrから0になるまでの減速期間Δt4とが同じとなる。
このときのアキュームレータの動作を考察する。ウェブ材の走行速度は一定であるから巻き太りがあるとした場合に、減速期間Δt4中にアキュームレータによって蓄積されるウェブ材の余長Lrは、(Vr・π・r)・Δt4である。一方、巻き太りがないとした場合に、減速期間Δt4中にアキュームレータよって蓄積されるウェブ材の余長Lwは、(Vw・π・w)・Δt4である。ここで、回転速度Vr,Vwは巻き太りの巻取ボビンの1秒間あたりの回転数を表し、r,wは、巻き太った巻取ボビンの径を表す。
よって、Lw=Lrとなる。これにより、ウェブ材の張力を保つことができる。
本発明では、巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定している。つまり、巻取ボビンが巻き太りによって径が変わっていくことが認識される。また、巻取ボビンの回転加速度及び回転減速度を変化させている。これによりウェブ材の走行速度に対応した巻取ボビンの回転加速及び回転減速制御が可能になる。その結果、減速期間にアキュームレータによって蓄積されるウェブ材の余長が短くなり、アキュームレータを小容量にすることができる。また、アキュームレータと巻取ボビンとの間でウェブ材にかかっている張力を理想的な張力に維持することができる。
本発明の一実施形態を示す巻き取り制御回路の回路構成図である。 本発明における巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 従来の巻き取り制御回路の回路構成図である。 巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 巻取ボビンの回転速度の時間的変化を示す図である。 (a)はアキュームレータの正面図、(b)はアキュームレータの側面図である。
符号の説明
1 巻き取り制御回路
2 位置検出センサ
3 目標位置設定器
4 偏差演算器
5 比例制御器
6 巻き太り径算出回路
7 駆動コントローラ
8 積分器
9 加減速コントローラ
10 モータ駆動部

Claims (2)

  1. ウェブ材を供給する供給源からウェブ材を巻き取る巻取ボビンまでの走行経路中にウェブ材を巻き掛けて変位するアキュームレータを介在させることによりウェブ材の余長を吸収する巻き取り制御方法において、アキュームレータの目標位置に対する現在位置の偏差とウェブ材の走行速度とに基づいて上記偏差が小さくなるように巻取ボビンの目標巻取速度を決定し、この目標巻取速度とウェブ材の走行速度とに基づいて巻取ボビンの巻き太り径を算出し、この巻き太り径と目標巻取速度とから巻取ボビンの目標回転速度を決定することを特徴とする巻き取り制御方法。
  2. 巻き太り径は、ウェブ材の走行速度を目標巻取速度と円周率で除して得ることを特徴とする請求項1記載の巻き取り制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104760845A (zh) * 2015-04-17 2015-07-08 广东溢达纺织有限公司 织物收卷张力调整系统及调整织物收卷张力的方法

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