Tiago,
Sugiro utilizar algum PIC com entrada analógica e saída PWM, exemplo: PIC18F2550 (também possui porta USB, serial), para a comunicação com PC. Aliás, por falar em porta de comunicação, como será a interface humano máquina (IHM) de seu controlador? Ou melhor, como o usuário /operador vai ajustar o Set Point e os parâmetros de sintonia do controlador PID?
Voce tem que pensar nos sensores e nos tipos de sinais de saída também. Para medir nível, já orientei um trabalho, na universidade em que leciono, que usou um sensor de pressão baseado em semicondutor para medir nível, é fácil e barato. Nesse trabalho, o mesmo sensor foi usado na prática, também em diferentes condições, para medir densidade e vazão, mas também poderia medir viscosidade. No seu caso, um outro sensor de pressão diferencial também poderia ser usado para medir vazão, se for necessário.