Das Kernprinzip besteht darin, die internen E/A-Kanäle einer herkömmlichen SPS in einzelne, unabhängige „Terminalmodule“ zu zerlegen und diese über einen Hochgeschwindigkeits-Echtzeitbus zu verbinden. Jedes I/O-Modul übernimmt die Signalerfassung oder -ausgabe, führt jedoch selbst keine komplexen Logikoperationen durch; Stattdessen werden die Daten zur zentralen Verarbeitung an den Master-Controller weitergeleitet.
Beckhoff-I/O-Systeme bestehen typischerweise aus einem Koppler oder einer integrierten Steuerung kombiniert mit Terminalmodulen. Intern sind die Terminalmodule über den E-Bus (elektronischer Bus) verkettet, um die Stromverteilung und den Datenaustausch zu ermöglichen, während extern die Kommunikation mit der Mastersteuerung über EtherCAT erfolgt. EtherCAT zeichnet sich durch eine „On-the-Verarbeitung aus, bei der Daten schnell gelesen oder geschrieben werden, während der Frame jedes Modul durchläuft-wodurch die für herkömmliche Feldbusse typische Station--Stationsanalyse entfällt-und dadurch eine außergewöhnliche Echtzeitleistung-und Synchronisierung sichergestellt wird.
Der Master-Controller sendet regelmäßig EtherCAT-Frames, sodass alle I/O-Module ihre jeweiligen Lese-/Schreibvorgänge ausführen können, während der Datenrahmen vorbeiläuft. Eingangssignale werden während des Scanzyklus dem Prozessabbildbereich der Steuerung zugeordnet, während Ausgangssignale im darauffolgenden Zyklus an die Feldgeräte aktualisiert werden. Bei der Integration in das TwinCAT-System werden diese I/O-Daten direkt auf Variablen innerhalb der Steuerlogik abgebildet, wodurch ein „Hardware--als-Variablen-Betriebsmodell ermöglicht wird. Dieser Mechanismus ermöglicht es dem System, eine verteilte Architektur aufrechtzuerhalten und gleichzeitig das deterministische Steuerungserlebnis zu bieten, das für eine zentralisierte SPS charakteristisch ist.