Nguyên tắc cốt lõi liên quan đến việc chia các kênh I/O nội bộ của PLC truyền thống thành các "mô-đun đầu cuối" riêng lẻ, độc lập và kết nối chúng thông qua bus thời gian thực, tốc độ cao. Mỗi mô-đun I/O xử lý việc thu hoặc xuất tín hiệu nhưng không tự thực hiện các hoạt động logic phức tạp; thay vào đó, nó chuyển dữ liệu đến bộ điều khiển chính để xử lý tập trung.
Hệ thống I/O của Beckhoff thường bao gồm một bộ ghép nối hoặc bộ điều khiển tích hợp kết hợp với các mô-đun đầu cuối. Ở bên trong, các mô-đun đầu cuối được nối chuỗi-thông qua E-bus (bus điện tử) để hỗ trợ phân phối điện và trao đổi dữ liệu, trong khi ở bên ngoài, chúng giao tiếp với bộ điều khiển chính bằng EtherCAT. EtherCAT được đặc trưng bởi quá trình xử lý "nhanh chóng", trong đó dữ liệu được đọc hoặc ghi nhanh chóng khi khung đi qua từng mô-đun-loại bỏ nhu cầu phân tích cú pháp trạm-theo-trạm điển hình của các xe buýt trường truyền thống-do đó đảm bảo hiệu suất và đồng bộ hóa thời gian thực{10}}đặc biệt.
Bộ điều khiển chính truyền định kỳ các khung EtherCAT, cho phép tất cả các mô-đun I/O thực hiện các hoạt động đọc/ghi tương ứng khi khung dữ liệu đi qua. Tín hiệu đầu vào được ánh xạ tới vùng hình ảnh xử lý của bộ điều khiển trong chu kỳ quét, trong khi tín hiệu đầu ra được cập nhật tới các thiết bị hiện trường trong chu kỳ tiếp theo. Khi được tích hợp với hệ thống TwinCAT, dữ liệu I/O này được ánh xạ trực tiếp tới các biến trong logic điều khiển, cho phép mô hình hoạt động "phần cứng-dưới dạng-biến". Cơ chế này cho phép hệ thống duy trì kiến trúc phân tán đồng thời cung cấp đặc tính trải nghiệm điều khiển xác định của PLC tập trung.